DE19503549C1 - Steuereinrichtung für eine schlupfsteuerbare Überbrückungskupplung für einen hydrokinetischen Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für eine schlupfsteuerbare Überbrückungskupplung für einen hydrokinetischen Drehmomentwandler au­ tomatischer Schaltgetriebe, mit einem pulsweitenmodulierten Magnetventil mit einem elektromagnetischen Schaltelement und einem Ventilkörper, wobei das pulsweiten­ modulierte Magnetventil: ein schaltelementzugewandtes Ende; ein schaltelementabgewandtes Ende; eine Steuerdruckkammer für ein fluides Medium; einen Steuerkolben mit mindestens einer Steuernut; einen Steuerdruck-Ausgang von der Steuer­ druckkammer für das fluide Medium; einen Steuerdruck-An­ schluß zur Steuerdruckkammer für das fluide Medium; minde­ stens einen über die Steuerdruckkammer mit dem Steuerdruck- Ausgang oder dem Steuerdruck-Anschluß verbindbaren ersten Druckanschluß; mindestens einen mindestens eine Arbeitskam­ mer mit mindestens einem Ausgang verbindenden zweiten Druckanschluß; mindestens ein federndes Element am schalt­ abgewandten Ende des Steuerkolbens aufweist; wobei minde­ stens ein Druckanschluß mit mindestens einem Ausgang durch eine am Steuerkolben angeordnete Steuernut verbindbar ist.

Automatische Schaltgetriebe von Kraftfahrzeugen sind im allgemeinen mit hydrodynamischen Drehmomentwandlern ausge­ stattet, wie sie bspw. in der EP 0433619 A2 oder der EP 419782 A1 oder allgemein in Gerigk, Bruhn, Danner "Kraftfahr­ zeugtechnik", Westermann-Verlag, 2. Auflage, 1993, Seite 349 bis 351 beschrieben sind. Hydrodynamische Drehmomentwandler ermöglichen ein sanftes, ruckfreies Anfahren des Kraftfahrzeuges bei nied­ rigen Drehzahlen der Antriebswelle des Motors sowie ein weiches Schalten des automatischen Getriebes. Durch Verwen­ dung dieser Wandler erfolgt eine geräuscharme, verschleiß­ arme und stufenlose Übertragung des Motordrehmomentes auf das Getriebe.

Hydrodynamische Drehmomentwandler umfassen ein mit der An­ triebswelle verbundenes Pumpenrad, ein sich über einen Freilauf abstützendes Leitrad und ein mit der in das Ge­ triebe führenden Welle verbundenes Turbinenrad. Das Gehäuse des Drehmomentwandlers, in dem die vorgenannten Bauteile angeordnet sind, wird über ein Leitungssystem mit einer Druckflüssigkeit, im Kraftfahrzeugbereich meist Hydraulik­ öl, vollständig gefüllt. Der Druck im hydrodynamischen Drehmomentwandler wird über Steuerventile geregelt. Nach­ folgend wird die Erfindung anhand von Hydrauliköl erläutert werden, wobei sie aber keineswegs auf Hydrauliköl als Druckmedium beschränkt ist.

Bei niedrigen Eingangsdrehzahlen überträgt das Pumpenrad einen Teil der Bewegungsenergie auf das Hydrauliköl, das das Turbinenrad in Bewegung versetzt. Mit Hilfe des Leitra­ des wird der Hydraulikölstrom so umgelenkt, daß die Wirkung des Pumpenrades verstärkt wird. Dieser Schaltzustand des Drehmomentwandlers wird als "Unlock-Lage" bezeichnet.

Bei hohen Drehzahlen verbindet eine zwischen dem mit dem Antrieb verbundenen Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordnete Kupplungseinheit, die sogenannte Wandlerüberbrückungskupp­ lung, das Pumpenrad kraftschlüssig mit dem Turbinenrad (sogenannte "Lock-Up-Lage"), um die bei der Drehmomentüber­ tragung mit Hilfe des rotierenden Ölstroms entstehenden Drehmoment-Verluste so gering wie möglich zu halten.

Durch die kraftschlüssige Übertragung des Drehmomentes in der Lock-Up-Lage wird jedoch auch das unruhige Verhalten des Antriebes direkt durch die Überbrückungskupplung auf das Getriebe übertragen, so daß das Fahrverhalten des Fahr­ zeuges nachteilig beeinflußt wird.

Um eine ruckfreie Übertragung des Drehmomentes im Wandler auch in der Lock-Up-Lage gewährleisten zu können, kann der Schlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad variiert werden.

Mit Hilfe von Steuerventilen wird der Druck der Hydraulik­ flüssigkeit innerhalb des Drehmomentwandlers verändert, so daß sich die Kupplungseinrichtung kurzzeitig öffnet. Dabei rutscht die Kupplung durch, d. h. der Schlupf zwischen Pum­ penrad und Turbinenrad nimmt zu, und schlagartige, kurzfri­ stige Drehmomentwechsel aufgrund unruhigen Antriebsverhal­ tens können ausgeglichen werden.

Zur Steuerung der Kupplungseinrichtung besitzt der hydrody­ namische Drehmomentwandler zwei über ein Steuerventil ange­ steuerte Eingänge, die abhängig vom Schaltzustand der Kupp­ lungseinrichtung mit unter Druck stehendem Hydrauliköl ver­ sorgt werden. Der erste der beiden Eingänge liegt direkt am Wandlergehäuse, während der zweite Eingang mit einem Hohl­ raum innerhalb der Kupplungseinrichtung verbunden ist.

Bei niedrigen Drehzahlen des Turbinenrades liegt am ersten Eingang der Kupplungseinrichtung ein niedriger Druck an, während der zweite Eingang mit einem deutlich höheren Druck beaufschlagt ist. Der Druckunterschied zwischen den Eingän­ gen führt zu einem Auseinanderdrücken der Kupplungseinrich­ tung, die dadurch ausgekuppelt wird. Das über den zweiten Eingang in die Kupplungseinrichtung fließende Hydrauliköl strömt durch die Kupplungseinrichtung in das Wandlergehäuse und von dort über den ersten Eingang in das Leitungsnetz der Steuerungshydraulik (Unlock-Lage).

Ist der Schaltpunkt zwischen Unlock- und Lock-Up-Lage er­ reicht, wird der erste Eingang mit einem deutlich höheren Druck beaufschlagt als der zweite Eingang. Der jetzt im Wandlergehäuse wirkende Druck preßt die Kupplungseinrich­ tung gegen den Innendruck in derselben zusammen, so daß das Pumpenrad kraftschlüssig mit dem Turbinenrad verbunden ist (Lock-Up-Lage).

In der Kupplungseinrichtung angeordnete Drosselbohrungen oder unmittelbar im Reibbelag der Kupplungsscheibe ange­ brachte radiale Kanäle ermöglichen ein Einströmen des im Wandlergehäuse befindlichen Hydrauliköls in den Hohlraum in der Kupplungseinrichtung. Dadurch kann das Hydrauliköl vom ersten Eingang des Wandlers über das Wandlergehäuse in die Kupplungseinrichtung und von dort in den zweiten Eingang weiterströmen, so daß der Hydrauliköl-Kreislauf geschlossen bleibt.

Um, wie oben erwähnt, den Schlupf zwischen Pumpenrad und Turbinenrad während der Lock-Up-Lage gezielt regeln zu kön­ nen, wird der am ersten Eingang des Wandlers wirkende Druck mit Hilfe des Steuerventils variiert. Dadurch kommt es zu einem unvollständigen Schließen der Kupplungseinrichtung und damit zu einem partiellen Durchrutschen der Kupplungs­ scheiben.

Da das Hydrauliköl durch die fortgesetzte Bewegung Walkar­ beit unterworfen ist und sich erhitzt, muß es mit Hilfe ei­ ner meist außerhalb des Wandlers angeordneten Kühleinrich­ tung ständig gekühlt werden. Die Abzweigung von Hydrauliköl zum Kühler wird auch durch eine Steuerung geregelt, die der Einfachheit halber im selben Steuerventil integriert sein kann, das den Fluß des Hydrauliköls zum Wandler regelt.

Wird der hydrodynamische Drehmomentwandler in die Lock-Up- Lage geschaltet, werden gleichzeitig der Ölfluß von den Ölkanälen zum Drehmomentwandler und von der Leitung zum Hydraulikölkühler durch das Steuerventil umgeschaltet.

Die Steuerung des Hydraulikölflusses, der in hydrodynami­ schen Drehmomentwandlern zum Antrieb der Turbinen- und Pum­ penräder sowie zum Schalten der in den Drehmomentwandlern integrierten Kupplungen dient, erfolgt, wie oben angegeben, über Steuerventile, wie pulsweitenmodulierte Magnetventile.

Pulsweitenmodulierte Magnetventile für hydrodynamische Drehmomentwandler sind bereits bekannt.

So offenbart beispielsweise die DE-39 28 048 C2 ein puls­ weitenmoduliertes Magnetventil, bestehend aus einem elek­ tromagnetischem Schaltelement und einem Ventilkörper mit einem darin verschieblich angeordneten Steuerkolben, der verschiedene Ein- und Ausgänge öffnet und schließt. Am schaltelementzugewandten Ende des Steuerventils liegt eine Steuerdruckkammer, die über einen Steuerdruck-Ausgang mit dem Sumpf der Hydraulikölversorgung und über einen Steuer­ druck-Anschluß mit einer den Steuerdruck erzeugenden Pumpe verbunden ist. Mit Hilfe des elektromagnetischen Schaltele­ mentes kann entweder der Steuerdruck-Ausgang zum Sumpf oder der Steuerdruck-Anschluß mit der Steuerdruckkammer verbun­ den werden.

Soll die Kupplungseinrichtung geöffnet werden, wird der Steuerdruck-Anschluß geschlossen. Eine am schaltelementab­ gewandten Ende des Steuerkolbens angeordnete Druckfeder schiebt den Steuerkolben in seine Ausgangsposition und drückt die in der Steuerdruckkammer befindliche Hydraulik­ flüssigkeit über den Steuerdruck-Ausgang in den Sumpf der Hydraulikölversorgung. Durch die Position des Steuerkolbens wird der Wandlerkupplungs-Gegendruck-Ausgang mit dem Ver­ sorgungsdruck-Anschluß, an dem ein konstanter Versorgungs­ druck anliegt, verbunden, während der Wandlerkupplungs- Steuerdruck-Anschluß mit dem Hydraulikölkühler verbunden wird. Aufgrund der Druckdifferenz öffnet sich die Kupplungsein­ richtung.

Öffnet das elektromagnetische Schaltelement den Steuer­ druck-Anschluß, schließt es gleichzeitig den Steuerdruck- Ausgang zum Sumpf. Dadurch wird der Steuerkolben entgegen­ gesetzt zur Kraft der Druckfeder verschoben und verbindet so den Wandlerkupplungssteuerdruck-Anschluß mit dem Steuer­ druck-Anschluß, während der Wandlerkupplungs-Gegendruck- Ausgang über eine weitere Leitung mit dem zum Ölsumpf füh­ renden Steuerdruck-Ausgang verbunden wird. Dadurch wird die Wandlerkupplung geschlossen.

Das elektromagnetische Schaltelement wird mit einer Schalt­ frequenz von beispielsweise 40 Hz betätigt, wobei die Öff­ nungsdauer pro anliegendem Steuerimpuls, die sogenannte Pulsweite, variiert werden kann. Liegt die Pulsweite bei 100%, ist der Steuerdruck-Anschluß über die gesamte Dauer des Schaltimpulses geöffnet und die Kupplungseinrichtung bleibt eingekuppelt. Bei geringerer Pulsweite, also einer geringeren Öffnungsdauer des Steuerdruck-Anschlusses, kommt es zu einem unvollständigen Schließen der Kupplungseinrich­ tung, d. h. die Kupplungseinrichtung rutscht durch. Dadurch kann der Schlupf zwischen Turbinen- und Pumpenrad gezielt beeinflußt werden.

Da der Schlupf durch das pulsweitenmodulierte Magnetventil der DE-PS-39 28 048 noch zu ungenau eingestellt werden kann, wurde eine verbesserte Ausführungsform entwickelt, die nachfolgend beschrieben wird.

Die verbesserte Ausführungsform des pulsweitenmodulierten Magnetventiles umfaßt ein elektromagnetisches Schaltelement und einen Ventilkörper mit einem darin verschieblich ange­ ordneten Steuerkolben, der die verschiedenen Ein- und Aus­ gänge des Steuerventils schließt bzw. öffnet. Der Steuer­ kolben weist an seinem dem elektromagnetischen Schaltelement abgewandten Ende eine Druckfeder auf, die den Steuerkolben in Richtung des elektromagnetischen Schaltelementes vor­ spannt. Am den elektromagnetischen Schaltelement zugewand­ ten Ende des Ventilkörpers befindet sich eine Steuerdruck­ kammer mit mehreren Ein- und Ausgängen. Am durch das elek­ tromagnetische Schaltelement öffenbaren und schließbaren Steuerdruck-Anschluß liegt ein im wesentlichen konstanter Steuerdruck von beispielsweise 8 bar an. Bei Betätigung des elektrischen Schaltelements wird der Steuerdruck-Anschluß geöffnet und der am Steuerdruck-Anschluß wirkende Steuer­ druck verschiebt den Steuerkolben, gegen die Kraft der Druckfeder, wodurch ein mit der Steuerdruckkammer verbunde­ ner Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß freigegeben wird. Über diesen Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß strömt das Hydrauliköl in das Wandlergehäuse. Abhängig von der Öffnungsdauer des Steuerdruck-Anschlusses liegt der im Wandlergehäuse wirkende Druck zwischen 0 bar und dem maxi­ malen Steuerdruck.

Das elektrische Schaltelement wird mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz von beispielsweise 40 Hz betätigt, wobei die Öffnungsdauer des Steuerdruck-Anschlusses pro Schaltimpuls, die sogenannte Pulsweite, variiert werden kann. Durch Ver­ änderung der Pulsweite kann der auf die Kupplungseinrich­ tung wirkende Steuerdruck zwischen 0 bar und dem Maximal­ wert (bis ca. 8 bar) geregelt werden, um den zwischen Pum­ penrad und Turbinenrad wirkenden Schlupf gezielt beeinflus­ sen zu können. Bleibt der Steuerdruck-Anschluß über die ge­ samte Pulsweite geöffnet, wirkt der maximale Steuerdruck und die Kupplung bleibt geschlossen, während bei einer ge­ ringeren Öffnungsdauer der Steuerdruck im Wandlergehäuse entsprechend abnimmt.

Die den Versorgungsdruck für die hydraulische Steuerungs­ einrichtung des automatischen Getriebes erzeugende Pumpe ist bei dieser Ausführungsform im Drehmomentwandlergehäuse angeordnet und über eine Pumpenwelle direkt mit dem Ver­ brennungsmotor verbunden. Da bei hohen Hydrauliköltempera­ turen und hohen Drücken in den Versorgungsleitungen die Dichtigkeit der Dichtungsmaterialien abnimmt, kommt es zu Leckagen während des Förderns des Hydrauliköls durch die Pumpe. Dabei fließt ein Teil des geförderten Hydrauliköls (bis zu 4 Liter pro Minute) in das Gehäuse des Wandlers und damit in die Leitung des Wandlerkupplungs-Steuerdruck-An­ schlusses. Dadurch erhöht sich der Druck in der Leitung und am Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß des pulsweitenmo­ dulierten Magnetventils.

Ist die Kupplungseinrichtung in der Lock-Up-Lage, ist dies unerheblich, da im Wandlergehäuse der maximale Versorgungs­ druck, der einer Pulsweite von 100% entspricht, anliegt. Schaltet jedoch das pulsweitenmodulierte Magentventil in die Unlock-Lage, liegt am Wandlerkupplungs-Steuerdruck-An­ schluß ein so hoher Druck an (bis zu 1,7 bar), daß die maximale Kraft der Druckfeder (entspricht etwa 0,8 bar), nicht ausreicht, um den Steuerkolben in die Unlock-Lage zu drücken.

Dadurch ist das pulsweitenmodulierte Magnetventil nicht in der Lage, die Kupplungseinrichtung von der Lock-Up-Lage in die Unlock-Lage zu schalten, so daß es zu einer weiteren Erwärmung des Hydrauliköls kommt, die (wie schon geschehen) bis zu einem Fahrzeugbrand führen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, ein pulsweitenmoduliertes Magentventil zu schaffen, das auch bei hohen Hydrauliköl­ temperaturen und hohen Versorgungsdrücken schaltbar ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein gattungsgemäßes pulsweitenmoduliertes Magentventil gelöst, durch ein in der Führungsbohrung des Ventilkörpers angeordnetes, am schalt­ elementzugewandten Ende des Steuerkolbens angebrachtes, den Druckanschluß mit der Steuerdruckkammer verbindendes Kugel­ rückschlagventil, das geöffnet ist, wenn der Druck in der Steuerdruckkammer größer als der Druck im Druckanschluß ist; und eine Drosselpassage zwischen dem Druckanschluß und der Steuerdruckkammer.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Es kann günstig sein, wenn das pulsweitenmodulierte Ma­ gnetventil mindestens eine Gegendruckkammer am der Steuer­ druckkammer entgegengesetzten Ende des Ventilkörpers mit mindestens einer Versorgungsleitung für das fluide Medium aufweist, wobei das fluide Medium einen Gegendruck aus der Versorgungsleitung in der Gegendruckkammer ausübt, da so die Bewegung des Steuerkolbens gedämpft werden kann.

Es ist auch günstig, wenn der Gegendruck in der Gegendruck­ kammer variabel ist, da somit Druckschwankungen innerhalb der Steuerdruckkammer ausgeglichen werden können.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das pulsweitenmo­ dulierte Magnetventil einen mit der Steuerdruckkammer ver­ bundenen Steuerdruck-Ausgang; einen mit der Steuerdruckkam­ mer verbundenen Steuerdruck-Anschluß; einen mit der Steuer­ druckkammer mit dem Steuerdruck-Anschluß verbundenen Wand­ lerkupplungs-Steuerungsdruck-Anschluß; einen über eine er­ ste Arbeitskammer mit einem Kühler-Ausgang verbundenen Wandlerkupplungs-Versorgungsdruckanschluß; und einen über eine zweite Arbeitskammer mit einem Wandlerkupplungs-Gegen­ druck-Ausgang verbundenen Versorgungsdruck-Anschluß auf­ weist, da dadurch mehrere Anschlüsse gleichzeitig miteinan­ der verbunden werden können und somit der Steuerungsaufwand sinkt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kugelrückschlagven­ til eine Kugelrückschlagventil-Hülse, einen Kugelsitz-Ein­ satz mit einem Kugelsitz und eine in der Kugelrückschlag­ ventil-Hülse bewegbare Kugel aufweist, wobei die Kugelrück­ schlagventil-Hülse über ihren Umfang verteilte, sich durch die Wand der Kugelrückschlagventil-Hülse erstreckende Dros­ selöffnungen, an ihrem schaltelementabgewandten Ende erste Befestigungsmittel für das schaltelementzugewandte Ende des Steuerkolbens und an ihrem schaltelementzugewandten Ende zweite Befestigungsmittel für den Kugelsitz-Einsatz auf­ weist, da so schon vorhandene pulsweitenmodulierte Magnet­ ventile ohne größeren Aufwand modifiziert werden können.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Kugelrück­ schlagventil einen Drosselspalt zwischen der Kugelrück­ schlagventil-Hülse und dem Ventilkörper ausbildet, da das Hydrauliköl teilweise mit verringerter Strömungsgeschwin­ digkeit zurückströmt.

Weiterhin kann es günstig sein, wenn das einströmende fluide Medium ein Druckmedium, wie Hydrauliköl, ist, da Hydrauliköl im allgemeinen inkompressibel ist und gleich­ zeitig schmierende Eigenschaften besitzt und an das Aufga­ bengebiet optimal angepaßt ist.

Durch Verwendung des erfindungsgemäßen pulsweitenmodulier­ ten Magnetventiles ist ein Abbau des in der Steuerdruckkam­ mer wirkenden Drucks und damit ein Schalten des Magnetven­ tils von der Lock-Up-Lage in die Unlock-Lage problemlos möglich, so daß ein unerwünschtes Überhitzen des Hydraulik­ öls ausgeschlossen ist.

Sobald das elektromagnetische Schaltelement den Steuer­ druck-Anschluß öffnet, wird der zum Sumpf der Hydrauliköl­ steuerung führende Steuerdruck-Ausgang geschlossen. Dadurch baut sich in der Steuerdruckkammer Druck auf, der den Steu­ erkolben in Richtung schaltelementabgewandtes Ende ver­ schiebt. Schlägt der Steuerkolben am schaltabgewandten Ende des Ventilkörpers an, drückt der in der Steuerkammer wir­ kende Druck die Kugel im Kugelrückschlagventil aus dem Ku­ gelsitz, so daß die Hydraulikflüssigkeit ungehindert durch das Kugelrückschlagventil über die Drosselöffnungen in den Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß einströmen kann. Zu­ sätzlich strömt das Hydrauliköl über die Drosselpassage am Kugelrückschlagventil vorbei - allerdings mit geringerer Strömungsgeschwindigkeit - in den Wandlerkupplungs-Steuer­ druck-Anschluß.

Wird das pulsweitenmodulierte Magnetventil wieder in die Unlock-Lage geschaltet, öffnet das elektromagnetische Schaltelement den Steuerdruck-Ausgang zum Sumpf und schließt gleichzeitig den Steuerdruck-Anschluß. Dadurch fließt die in der Steuerdruckkammer befindliche Hydraulik­ flüssigkeit über den Steuerdruck-Ausgang in den Sumpf der Hydrauliksteuerung und der Druck in der Steuerdruckkammer fällt ab. Sobald der in der Steuerdruckkammer wirkende Druck geringer ist als der am am Wandlerkupplungs-Steuer­ druck-Anschluß anliegende Druck, bewegt sich die Kugel in­ nerhalb der Kugelrückschlagventil-Hülse und schließt das Kugelrückschlagventil. Das noch in der Leitung zum Wandler­ kupplungs-Steuerdruck-Anschluß befindliche Hydrauliköl kann so nur noch über die Drosselpassage in die Steuerdruckkam­ mer strömen.

Da die Strömungsgeschwindigkeit am Steuerdruck-Ausgang deutlich höher ist als die Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls, das durch die Drosselpassage strömen muß, verringert sich der wirksame Druck in der Steuerdruckkammer solange, bis die Kraft der Druckfeder ausreicht, um den Steuerkolben in Richtung des schaltelementzugewandten En­ des, und damit in die Unlock-Lage, zu drücken.

Das erfindungsgemäße pulsweitenmodulierte Magnetventil er­ möglicht somit ein Schalten auch bei hohen Hydrauliköltem­ peraturen und hohen Versorgungsdrücken von der Lock-Up-Lage in die Unlock-Lage.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform sowie der begleitenden schematischen Zeich­ nung näher erläutert, wobei sie keineswegs auf diese be­ schränkt ist. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines pulsweitenmodulierten Ma­ gnetventils in geöffnetem Zustand;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Kugelrückschlagventils;

Fig. 3a eine Übersichtszeichnung über die Drucksteuerung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers in der Lock-Up-Lage;

Fig. 3b einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemä­ ßen Ausführungsform eines pulsweitenmodulierten Magentventils in der Lock-Up-Lage;

Fig. 4a eine Übersichtszeichnung über die Drucksteuerung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers kurz vor dem Schalten von der Lock-Up-Lage in die Un­ lock-Lage;

Fig. 4b einen vergrößerten Ausschnitt einer erfindungsgemä­ ßen Ausführungsform eines pulsweitenmodulierten Magentventils kurz vor dem Schalten von der Lock- Up-Lage in die Unlock-Lage; und

Fig. 5 eine Übersichtszeichnung über die Drucksteuerung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers in der Unlock-Lage.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen pulsweitenmodulierten Magnetventils 10, wie in Fig. 1 dar­ gestellt, umfaßt ein elektromagnetisches Schaltelement 11 und einen Ventilkörper 12. Der Ventilkörper 12 mit einem schaltelementzugewandten Ende 13 und einem schaltelementab­ gewandten Ende 14 weist eine sich längs in Richtung des schaltelementabgewandten Endes 14 erstreckende Führungsboh­ rung auf. Die Führungsbohrung ist durch am Umfang der Boh­ rung angeordnete Vertiefungen in eine am schaltelementzuge­ wandten Ende 13 angeordnete Steuerdruckkammer 15 und zwei sich daran anschließende Arbeitskammern 16 und 17 sowie eine die Führungsbohrung abschließende Gegendruckkammer 18 unterteilt.

Senkrecht zur Führungsbohrung verlaufende Bohrungen 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 und 27 im Ventilkörper 12 dienen als An­ schlüsse für verschiedene Hydraulikölleitungen.

Ein in der Führungsbohrung längs-verschiebbar angeordneter Steuerkolben 29, an dessen schaltelementzugewandtem Ende ein in die Steuerdruckkammer 15 ragendes Kugelrückschlag­ ventil 40 angebracht ist, weist über den Umfang verteilte Steuernuten 29a und 29b und Steuererhebungen 30a und 30b auf. Diese Steuernuten 29a und 29b können, je nachdem, ob das Magnetventil 10 "geöffnet" oder "geschlossen" ist, die verschiedenen Ausgänge und Anschlüsse 22, 23, 24, 25 und 26 unter Bildung von Kammern 15, 16 und 17 miteinander verbin­ den.

Das am schaltelementzugewandten Ende des Steuerkolbens 29 angebrachte Kugelrückschlagventil 40 ist so in der Füh­ rungsbohrung des Steuerkolbens 29 aufgenommen, daß zwischen der Außenfläche des Kugelrückschlagventils 40 und der In­ nenwandung der Führungsbohrung ein Drosselspalt 48 bestehen bleibt.

Am schaltelementabgewandten Ende des Steuerkolbens ist in einer Vertiefung ein federndes Element 28, beispielsweise eine Druckfeder, aufgenommen, die sich an der Rückwand der Gegendruckkammer 18 abstützt und so den Steuerkolben 29 in Richtung des schaltelementzugewandten Ende 13 des Ventil­ körpers 12 vorspannt.

Die am schaltelementabgewandten Ende 14 angeordnete Gegen­ druckkammer 18 ist mit einem Gegendruck-Anschluß 27 verbun­ den. Über diesen Gegendruck-Anschluß 27 wirkt ein Gegen­ druck, der den Steuerkolben 29 insbesondere, wenn der Rück­ wärtsgang oder der erste Gang betätigt wird, in der Unlock- Lage hält, damit die Drehmomentübertragung nur über den Drehmomentwandler erfolgen kann.

Beim Schalten des erfindungsgemäßen pulsweitenmodulierten Magnetventils 10 von der Unlock-Lage in die Lock-Up-Lage ermöglicht der Gegendruck außerdem eine Verzögerung der Be­ wegungsgeschwindigkeit des Steuerkolbens 29 und bildet da­ mit einen weichen Anschlag, sobald der Steuerkolben 29 in geöffnetem Zustand des Magnetventils 10 in Richtung Gegen­ druckkammer 18 beschleunigt wird.

In Fig. 2 ist das erfindungsgemäße Kugelrückschlagventil 40 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Das Kugelrückschlag­ ventil 40 umfaßt eine Kugelrückschlagventil-Hülse 41, einen Kugelsitz-Einsatz 45 mit einem Kugelsitz 46 und eine Kugel 47. Die Kugelrückschlagventil-Hülse 41 weist über ihren Um­ fang verteilte, sich durch die Wand der Kugelrückschlagven­ til-Hülse erstreckende Drosselöffnungen 42 auf. Am schalte­ relementabgewandten Ende ist ein Befestigungsmittel 43, hier ein Innengewinde, vorgesehen, das mit einem Außenge­ winde am schaltelementzugewandten Ende des Steuerkolbens 29 so zusammenwirkt, daß das Kugelrückschlagventil 40 fest mit dem Steuerkolben 29 verbunden ist.

Das schaltelementzugewandte Ende der Kugelrückschlagventil- Hülse 41 weist ein zweites Befestigungsmittel 44, hier ein Innengewinde, auf, das mit entsprechend gestalteten Mit­ teln, hier ein Außengewinde, den Kugelsitz-Einsatz 45 mit der Kugelrückschlagventil-Hülse 41 fest verbindet.

Innerhalb der Kugelrückschlagventil-Hülse 41 ist eine Kugel 47 beweglich angeordnet, die den Kugelsitz 46 so verschlie­ ßen kann, daß keine Hydraulikflüssigkeit durch den die Öff­ nung hinter dem Kugelsitz 46 in die Kugelrückschlagventil- Hülse 41 einströmen kann, wenn der Druck im Kugelrück­ schlagventil 40 größer ist als der Druck, der in der Steu­ erdruckkammer 15 wirkt.

In Fig. 3a, 4a und 5 ist ein bekannter hydrodynamischer Drehmomentwandler 50 in Verbindung mit einem erfindungsge­ mäßen Magnetventil 10 gezeigt, das jeweils detailliert in den Fig. 3b und 4b gezeigt ist, wobei festzustellen ist, daß das erfindungsgemäße pulsweitenmodulierte Magnetventil 10 nicht auf diesen Typ hydrodynamischer Drehmomentwandler 50 beschränkt ist. Der Drehmomentwandler 50 besitzt ein drehbar gelagertes Pumpenrad 51 und ein im Wandlergehäuse drehbar gelagertes Turbinenrad 52. Eine Kupplungseinrich­ tung 53 ermöglicht eine kraftschlüssige Verbindung des Pum­ penrades 51 mit dem Turbinenrad 52, um so in der Lock-Up- Lage das vom Antrieb auf das Pumpenrad 51 übertragene Dreh­ moment ohne Verluste an das Turbinenrad 52 weiterzugeben. Drosselbohrungen 54 ermöglichen ein Einströmen von Hydrau­ liköl aus dem Wandlergehäuse in die Kupplungseinrichtung 53 und umgekehrt, wodurch der Hydraulikölkreislauf geschlossen wird.

Außerdem ist ein Kühler 56 dargestellt, der das in der hydraulischen Steuerung geförderte Hydrauliköl ständig kühlt, um ein Überhitzen des Hydrauliköls zu vermeiden. Eine Pumpe 57, die den für die Steuerung notwendigen Ver­ sorgungsdruck aufrechterhält, fördert das Hydrauliköl aus einem Ölsumpf 58 über Leitungen (nicht dargestellt) an die einzelnen Komponenten der hydraulischen Steuerungen. Die unterbrochen dargestellte Leitung stellt die vor allem bei hohen Temperaturen und hohen Versorgungs­ drücken entstehende Leckage in die Leitung des Anschlusses 22 dar.

Fig. 3a und 3b zeigen den hydrodynamischen Drehmomentwand­ ler in Lock-Up-Lage mit geöffnetem Magnetventil 10. Bei ge­ öffnetem Magnetventil 10 schließt das elektromagnetische Schaltelement 11 den Steuerdruck-Ausgang 20 und öffnet gleichzeitig den Steuerdruck-Anschluß 21, an dem ein kon­ stanter Druck, beispielsweise 8 bar, anliegt. Durch das in die Steuerdruckkammer 15 fließende unter Druck stehende Hydrauliköl wird der Steuerkolben 29 in Richtung schaltele­ mentabgewandtes Ende 14 beschleunigt. Dabei muß der Steuer­ kolben 29 gegen den in der Gegendruckkammer 18 wirkenden Gegendruck und gegen die Kraft des federnden Elementes 28 verschoben werden. Das in der Gegendruckkammer 18 befind­ liche Hydrauliköl wird verdichtet und über den Gegendruck- Anschluß 27 in das Ölleitungssystem zurückgeschoben. Eine in der mit dem Gegendruck-Anschluß 27 verbundenen Leitung angeordnete Drossel 55 verzögert die Strömungsgeschwindig­ keit des Hydrauliköls, so daß sich der Gegendruck in der Gegendruckkammer 18 erhöht und der Steuerkolben 29 verzö­ gert wird.

Sobald sich der Steuerkolben 29 in geöffneter Position be­ findet wird die Kugel 45 im Kugelrückschlagventil 40 durch das in der Steuerdruckkammer 15 unter Druck stehende Hydrauliköl aus dem Kugelsitz 46 gedrückt und ein Großteil des Hydrauliköls strömt über die Öffnung durch den Kugel­ sitz 46 in die Kugelrückschlagventil-Hülse 41 (siehe Fig. 3b, Strömungspfeile) sowie weiter über die Drosselbohrungen 42 in den Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß 22.

Der verbleibende Anteil des Hydrauliköls strömt über den Drosselspalt 48 am Kugelrückschlagventil 40 vorbei in den Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß 22. Das unter hohem Druck stehende Hydrauliköl strömt vom Wandlerkupplungs- Steuerdruck-Anschluß 22 weiter in das Gehäuse des Drehmo­ mentwandlers 50.

Gleichzeitig ermöglicht der Steuerkolben 29 eine Verbindung des Wandlerkupplungs-Gegendruck-Anschlusses 25 über die durch die zweite Steuernut 29b gebildete Arbeitskammer 17 mit dem Versorgungsdruck-Anschluß 26, an dem ein konstanter Druck von beispielsweise 1 bar anliegt. Dieser wirkt über den Wandlerkupplungs-Gegendruck-Anschluß 25 auf die Kupp­ lungseinrichtung 53 im Wandlergehäuse. Durch den über den Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß 22 wirkenden hohen Druck wird die Kupplungseinrichtung 53 gegen den in der Kupplungseinrichtung 53 wirkenden Druck aus dem Wand­ lerkupplungs-Gegendruck-Anschluß 25 vorgespannt, so daß es zu einer kraftschlüssigen Verbindung des Pumpenrades 51 mit dem Turbinenrad 52 kommt (Lock-Up-Lage).

Um den Hydraulikölkreislauf zu schließen, ermöglichen Dros­ selbohrungen 54 (möglich wären auch radiale Kanäle in den Belegen der Kupplungsscheiben) ein Einströmen des Hydrauli­ köls aus dem Wandlergehäuse in die Kupplungseinrichtung 53 und von dort weiter über den Wandlerkupplungs-Gegendruck- Anschluß 25 in den Versorgungsdruckanschluß 26.

In den Fig. 4a und 4b ist das erfindungsgemäße Magnetventil 10 kurz nach dem Schalten des elektromagnetischem Schalt­ elementes 11 von der Lock-Up-Lage in die Unlock-Lage ge­ zeigt. Dabei öffnet das elektromagnetische Schaltelement 11 den Steuerdruck-Ausgang 20 und schließt gleichzeitig den Steuerdruck-Anschluß 21. Durch das Sperren des Steuerdruck- Anschlusses 21 strömt das Hydrauliköl in der Steuerdruck­ kammer 15 über den Steuerdruck-Ausgang 20 in den Ölsumpf 58.

Das Hydrauliköl in der Leitung zum Wandlerkupplungs-Steuer­ druck-Anschluß 22, dessen Menge noch durch die Leckage der Pumpe 57 (siehe unterbrochene Leitung) erhöht ist, strömt über die Drosselbohrungen 42 in die Kugelrückschlagventil- Hülse 41, sobald der Druck in der Steuerdruckkammer 15 ge­ ringer ist als der am Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß 22 anliegende. Durch das einströmende Hydrauliköl wird die Kugel 47 wieder in ihren Kugelsitz 46 gepreßt und ver­ schließt somit die Öffnung hinter dem Kugelsitz 46 zur Steuerdruckkammer 15. Das Hydrauliköl fließt nun nur noch durch den Drosselspalt 48, der zwischen dem Kugelrück­ schlagventil 40 und der Innenwand der Führungsbohrung vor­ gesehen ist (siehe Fig. 4b).

Die Größe des Drosselspaltes 48 wird so gewählt, daß dessen Drosselwirkung sehr viel größer ist als die Drosselwirkung des Steuerdruck-Ausganges 20. Es fließt demzufolge sehr viel mehr Hydrauliköl durch den Steuerdruck-Ausgang 20 aus der Steuerdruckkammer 15 ab, als durch den Drosselspalt 48 nachfließen kann. Dadurch verringert sich der Druck in der Steuerdruckkammer 15 und das federnde Element 28 am schalt­ elementabgewandten Ende des Steuerkolbens 29 kann den Steu­ erkolben in die Unlock-Lage drücken.

In Fig. 5 ist die Drucksteuerung eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers in Unlock-Lage gezeigt, in der das er­ findungsgemäße Magnetventil 10 geschlossen ist. Bei ge­ schlossenem Magnetventil 10 sperrt das elektromagnetische Schaltelement 11 den Steuerdruck-Anschluß 21, so daß der Steuerkolben 29 in Richtung des schaltelementzugewandten Endes 13 in der Führungsbohrung durch das federnde Element 28 verschoben wird. Gleichzeitig öffnet das elektromagne­ tische Schaltelement 11 den Steuerdruck-Ausgang 20, durch den das noch in der Steuerdruckkammer 15 befindliche Hy­ drauliköl in den Ölsumpf 58 des Steuerung abfließen kann. Zusätzlich wirkt in der Gegendruckkammer 18 ein Gegendruck, der den Steuerkolben 29 in der geschlossenen Position hält. Dadurch wird ein unerwünschtes Schwingen des Steuerkolbens 29 verhindert.

Außerdem sperrt der Gegendruck in der Gegendruckkammer 18 das Magnetventil 10 bei niedrigen Gängen, wie dem ersten Gang oder dem Rückwärtsgang, da bei diesen Gängen eine Übertragung des Drehmomentes im Wandler für besseren Fahr­ komfort nur in der Unlock-Lage erfolgen soll.

Ist der Steuerkolben 29 in geschlossener Position, kann Hydrauliköl aus dem Wandler 50 durch den Wandlerkupplungs- Steuerdruck-Anschluß 22 über die durch die zweite Steuernut 29a gebildete Arbeitskammer 16 und den Kühler-Ausgang 23 in den Kühler 56 fließen.

Gleichzeitig ermöglicht der Steuerkolben 29 eine Verbindung des Wandlerkupplungs-Versorgungsdruck-Anschlusses 24, an dem ein Druck von beispielsweise 8 bar anliegt, über die Arbeitskammer 17 mit dem Wandlerkupplungs-Gegendruck-Aus­ gang 25. Durch den am Wandlerkupplungs-Gegendruck-Ausgang 25 anliegenden Druck wird die im Drehmomentwandler 50 ange­ ordnete Kupplungseinrichtung 53 geöffnet, so daß die kraft­ schlüssige Verbindung zwischen dem Pumpenrad 51 und dem Turbinenrad 52 gelöst ist. Da in der Leitung zwischen dem Wandlergehäuse und dem Wandlerkupplungs-Steuerdruck-An­ schluß 22 ein geringerer Druck anliegt, strömt das Hydrau­ liköl aus dem Wandlerkupplungs-Gegendruck-Anschluß 25 über die Kupplungseinrichtung 53 in das Wandlergehäuse und von dort weiter über den Wandlerkupplungs-Steuerdruck-Anschluß 22 in den Kühler 56 (Unlock-Lage).

Durch das erfindungsgemäße pulsweitenmodulierte Magnetven­ til 10 kann auf sehr einfache Weise der durch Leckagen ent­ stehende übermäßig hohe Versorgungsdruck abgebaut werden, ohne daß die Funktionsweise des Magnetventils nachteilig beeinflußt wird.

Die am schaltelementabgewandten Ende 14 des Ventilkörpers 12 vorgesehene Gegendruckkammer 18 ist nicht erforderlich, sie ermöglicht jedoch ein Abbremsen des Steuerkolbens 29 beim Umschalten des Magnetventils 10 und baut gleichzeitig auftretende Druckstöße ab.

Claims (9)

1. Steuereinrichtung für eine schlupfsteuerbare Überbrückungskupplung für einen hydrokinetischen Drehmomentwandler automatischer Schaltge­ triebe, mit einem pulsweiten modulierten Magnetventil, mit einem elektromagnetischen Schaltelement (11) und einem Ventilkörper (12), wobei das pulsweitenmodulierte Magnetventil:

• - ein schaltelementzugewandtes Ende (13);
• - ein schaltelementabgewandtes Ende (14);
• - eine Steuerdruckkammer (15) für ein fluides Medium;
• - einen Steuerkolben (29) mit mindestens einer Steuernut (29a);
• - einen Steuerdruck-Ausgang (20) von der Steuerdruckkammer (15) für das fluide Medium;
• - einen Steuerdruck-Anschluß (21) zur Steuerdruckkammer (15) für das fluide Medium;
• - mindestens einen über die Steuerdruckkammer (15) mit dem Steuerdruck-Ausgang (20) oder dem Steuerdruck-Anschluß (21) verbindbaren ersten Druckanschluß (22);
• - mindestens einen mindestens eine Arbeitskammer (16, 17) mit mindestens einem Ausgang (23, 25) verbindenden zwei­ ten Druckanschluß (24, 26);
• - mindestens ein federndes Element (28) am schaltabgewand­ ten Ende des Steuerkolbens (29) aufweist;

wobei mindestens ein Druckanschluß (21, 22, 24, 26) mit mindestens einem Ausgang (20, 22, 23, 25) durch eine am Steuerkolben (29) angeordnete Steuernut (29a, 29b) ver­ bindbar ist;
gekennzeichnet durch:

• - ein in der Führungsbohrung des Ventilkörpers (12) ange­ ordnetes, am schaltelementzugewandten Ende des Steuerkol­ bens (29) angebrachtes, den Druckanschluß (22) mit der Steuerdruckkammer (15) verbindendes Kugelrückschlagventil (40), das geöffnet ist, wenn der Druck in der Steuer­ druckkammer (15) größer als der Druck im Druckanschluß (22) ist; und
• - eine Drosselpassage (48) zwischen dem Druckanschluß (22) und der Steuerdruckkammer (15).

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, ge­ kennzeichnet durch mindestens eine Gegendruckkammer (18) am der Steuerdruckkammer (15) entgegengesetzten Ende des Ven­ tilkörpers (12) mit mindestens einer Versorgungsleitung (27) für das fluide Medium; wobei das fluide Medium einen Gegendruck aus der Versorgungsleitung (27) in der Gegen­ druckkammer (18) ausübt.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Gegendruck in der Gegendruck­ kammer (18) variabel ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, ferner gekennzeichnet durch:

• - einen mit der Steuerdruckkammer (15) verbundenen Steuer­ druck-Ausgang (20);
• - einen mit der Steuerdruckkammer (15) verbundenen Steuer­ druck-Anschluß (21);
• - einen über die Steuerdruckkammer (15) mit dem Steuer­ druck-Ausgang (20) oder dem Steuerdruck-Anschluß (21) verbundenen wandlerkupplungs-Steuerungsdruck-Anschluß (22);
• - einen über eine erste Arbeitskammer (16) mit einem Küh­ ler-Ausgang (23) verbundenen Wandlerkupplungs-Ver­ sorgungsdruck-Anschluß (24); und
• - einen über eine zweite Arbeitskammer (17) mit einem Wand­ lerkupplungs-Gegendruck-Ausgang (25) verbundenen Versor­ gungsdruck-Anschluß (26).

5. Steuereinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugel­ rückschlagventil (40):

• - eine Kugelrückschlagventil-Hülse (41);
• - einen Kugelsitz-Einsatz (45) mit einem Kugelsitz (46); und
• - eine in der Kugelrückschlagventil-Hülse (41) bewegbare Kugel (47) aufweist;

wobei die Kugelrückschlagventil-Hülse (41):

• - über ihren Umfang verteilte, sich durch die Wand der Ku­ gelrückschlagventil-Hülse (41) erstreckende Drosselöff­ nungen (42);
• - an ihrem schaltelementabgewandten Ende erste Befesti­ gungsmittel (43) für das schaltelementzugewandte Ende des Steuerkolbens (29); und
• - an ihrem schaltelementzugewandten Ende zweite Befesti­ gungsmittel (44) für den Kugelsitz-Einsatz (45) aufweist.

6. Steuereinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kugel­ rückschlagventil (40) einen Drosselspalt (48) zwischen der Kugelrückschlagventil-Hülse (41) und dem Ventilkörper (12) ausbildet.

7. Steuereinrichtung nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ein­ strömende fluide Medium ein Druckmedium, wie Hydrauliköl, ist.