DE4328503C2 - Schaltventil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaltventil gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1.

Ein gattungsgemäßes Schaltventil ist bekannt aus der DE-42 03 323 A1 (F16H 61/14). Dieses dort symbolisch dargestellte Schaltventil ermöglicht die Ansteue­ rung einer Überbrückungskupplung, die einem hydraulischen Drehmoment­ wandler zugeordnet ist. Hierbei ist ein Schaltventil vorgesehen, das eine zur Wandlerüberbrückungskupplung führende Schließleitung sowie eine zur Wand­ lerüberbrückungskupplung führende Öffnungsleitung entsprechend wechsel­ weise vollständig öffnet bzw. vollständig schließt. Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung des bekannten Schaltventiles entstehen innerhalb des Schaltven­ tiles, insbesondere auch in den zur Wandlerüberbrückungskupplung führenden Schließ- bzw. Öffnungsleitungen aufgrund des wechselseitigen vollständigen Öffnens bzw. Schließens der entsprechenden Anschlüsse bzw. Öffnungen un­ gleichmäßige Strömungsverhältnisse. Im Ergebnis ist das bekannte Schaltventil noch nicht optimal ausgebildet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Schalt­ ventil derart auszugestalten und auszubilden, daß einerseits eine kompakte Bauweise erreicht ist, andererseits im wesentlichen gleichmäßige Strömungs­ verhältnisse gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird nun durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruches 1 gelöst. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Dadurch, daß der Steuerschieber nun einen ersten Steuerbund aufweist, der so angeordnet bzw. dimensioniert ist, daß auf dem Weg zur ersten Steuerkante hin die Druckversorgung zur Öffnungsleitung in dem Maße unterbunden wird, wie die Druckversorgung zur Schließleitung hin ermöglicht wird, wird nicht nur eine entsprechende Druckversorgung gewährleistet, so daß der Durchfluß des Dru­ ckes durch das Schaltventil hindurch ohne Unterbrechung von der Schließlei­ tung zur Öffnungsleitung umgeleitet werden kann, sondern es werden hierdurch auch gleichmäßige Strömungsverhältnisse innerhalb des Schaltventiles reali­ siert, wobei zusätzlich eine kompakte Bauweise des Schaltventiles erreicht ist. Im Ergebnis werden durch die entsprechend konstruktive Ausgestaltung des er­ findungsgemäßen Schaltventiles entsprechende Vorteile erzielt.

Im Hinblick auf eine besonders leichte Fertigung und Montierbar­ keit des erfindungsgemäßen Schaltventils sind die Merkmale des Patentanspruchs 2 von besonderer Bedeutung. Durch den im An­ spruch 7 beschriebenen dritten Steuerbund kann eine besondere feinfühlige Einstellung der Überbrückungskupplung vorgenommen werden. Besonders hervorzuheben ist, daß mit dem erfindungsgemä­ ßen Schaltventil bei der Steuerung der Überbrückungskupplung stets Flüssigkeit durch diese hindurchfließt. Auf diese Weise kann die während des Schlupfbetriebes durch Reibung entstandene Wärme ständig abgeführt werden. Damit ist es durch das erfin­ dungsgemäße Schaltventil möglich, auf engstem Raum die Über­ brückungskupplung thermisch hoch zu belasten.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1: für eine erste Bauvariante des erfindungsge­ mäßen Schaltventils mit einem Steuerschieber in einer Ausgangsstellung, bei der auf den Steuerschieber kein Steuerdruck einwirkt,

Fig. 2: eine gegenüber der ersten Bauvariante leicht abgewandelte zweite Bauvariante, bei der der Steuerschieber sich in einer Anschlagstel­ lung befindet, bei der auf den Steuerschie­ ber maximaler Steuerdruck einwirkt,

Fig. 3: eine dritte Bauvariante mit Wiegeflächen, die mit Druck aus der Öffnungs- bzw. Schließleitung beaufschlagbar sind, in einer ersten Arbeitsstellung und

Fig. 4: die Bauvariante gemäß Fig. 3 in einer zwei­ ten Arbeitsstellung.

In allen Figuren weisen gleiche Teile die gleiche Bezifferung auf.

Man erkennt in Fig. 1 das insgesamt mit 1 bezeichnete Schalt­ ventil, dessen wesentliche Elemente ein Schiebergehäuse 2, ein darin beweglicher Steuerschieber 3, eine stirnseitige Druckplat­ te 4 und ein darauf befestigtes Elektromagnetventil 5 sind. Eine hier nur symbolisch angedeutete Überbrückungskupplung 6 für ei­ nen nicht weiter dargestellten Drehmomentwandler eines Automa­ tikgetriebes ist mit dem Schaltventil 1 durch eine Schließlei­ tung 7 und eine Öffnungsleitung 8 verbunden und weist einen Ab­ lauf 6a auf. Von der Öffnungsleitung 8 führt eine mit einer er­ sten Drossel 9 versehene Nebenleitung 10 ebenfalls zum Schalt­ ventil 1. Der für die Betätigung der Überbrückungskupplung 6 notwendige Druck P_WD wird dem Schaltventil 1 über eine Druckzu­ fuhröffnung 11 zugeleitet. Eine Ablauföffnung 12 führt in einen nicht weiter dargestellten Ölsumpf und ermöglicht einen Druck­ abfall in der Überbrückungskupplung 6 bei entsprechender Ver­ stellung des Steuerschiebers 3.

Für die Regelung des Druckes in der Überbrückungskupplung 6 sind von besonderer Bedeutung ein erster Steuerbund 13 und ein zwei­ ter Steuerbund 14. An einem dritten Steuerbund 15 liegt eine Druckfeder 16 an, die sich an der hier eingepreßten Druckplatte 4 abstützt. Eine mit 17 bezeichnete Steuerdruckleitung verbindet einen unterhalb des Elektromagnetventils 5 angeordneten Druck­ raum 18 mit einem Steuerdruckraum 19, der durch einen vierten Steuerbund 20 des Steuerschiebers 3 begrenzt wird. In diesen Steuerdruckraum 19 gelangt der volle Steuerdruck P_S immer dann, wenn ein Stößel 21 des Elektromagnetventils 5 eine Öffnung 22 verschließt. Das Elektromagnetventil 5 ist hier so gewählt, daß nur bei Bestromung ein Verschließen der Öffnung 22 möglich ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß bei Stromausfall die Überbrückungskupplung 6 immer geöffnet ist. Ein Öffnen der Öffnung 22 durch Anheben des Stößels 21 hat zur Folge, daß der auf dem Niveau P_S liegende Druck im Druckraum 18 zusammenbricht, weil das Elektromagnetventil 5 einen an Atmosphärendruck führen­ den Ablauf 23 aufweist. Ebenfalls an Atmosphärendruck führen ein erster Nebenablauf 24 und ein zweiter Nebenablauf 25. Letzterer weist eine zweite Drossel 25a auf und ist von besonderer Bedeu­ tung im Zusammenhang mit einem fünften Steuerbund 26 des Steuer­ schiebers 3, was später noch erläutert wird.

Bei der in der Fig. 1 ersichtlichen Ausgangsstellung befindet sich der Stößel 21 in Öffnungsstellung, so daß im Steuer­ druckraum 19 kein Druck aufgebaut werden kann. Demzufolge wird der Steuerschieber 3 durch die Druckfeder 16 gegen den unteren stirnseitigen Anschlag des Schiebergehäuses 2 gedrückt. In die­ ser Ausgangsstellung wird der Druck P_WD durch die Druckzufuhr­ öffnung 11 der Öffnungsleitung 8 zugeführt. In diesem Fall über­ trägt die Überbrückungskupplung 6 kein Moment. Durch Bestromung des als Proportional- oder Schwarz/Weiß-Ventils ausgeführten Elektromagnetventils 5 wird die Öffnung 22 geschlossen, so daß sich langsam in dem Steuerdruckraum 19 ein Druck aufbauen kann, welcher eine Verschiebung des Steuerschiebers 3 gegen die Wir­ kung der Druckfeder 16 ermöglicht. Diese in der Zeichnung nach oben erfolgende Verschiebung des Steuerschiebers 3 wird so lange vorgenommen, bis eine erste Steuerkante 27 vom ersteh Steuerbund 13 erreicht ist. In dieser Position des Steuerschiebers 3 ist die Druckversorgung zur Öffnungsleitung 8 vollständig unterbro­ chen und zur Schließleitung 7 hin voll geöffnet. Aus Fig. 1 ist nun ersichtlich, daß die Breite des ersten Steuerbundes 13 im Verhältnis zum Öffnungsquerschnitt der Druckzufuhröffnung 11 so gewählt wurde, daß auf dem Weg zur ersten Steuerkante 27 hin die Druckversorgung zur Öffnungsleitung 8 in dem Maße unterbunden wird, wie sie zur Schließleitung 7 hin ermöglicht wird. Auf die­ se Weise wird der Durchfluß des Druckes P_WD durch das Schaltven­ til 1 hindurch ohne Unterbrechung von der Schließleitung 7 zur Öffnungsleitung 8 umgeleitet. Die Überbrückungskupplung 6 wird so allmählich geschlossen. Gegenüber den Steuerbünden 13, 14, 20 und 26 weist der dritte Steuerbund 15 einen größeren Querschnitt auf und bildet so eine Differenzdruckfläche. Diese wird bei einer Verschiebung des Steuerschiebers 3 nach oben über die Neben­ leitung 10 wirksam und steht zusammen mit der im Steuerdruckraum 19 erzeugten Druckkraft im Gleichgewicht mit der entgegengesetzt wirksamen Kraft der Druckfeder 16.

Eine zweite Druckregelstellung ist, dann erreicht, wenn der zwei­ te Steuerbund 14 mit seiner in der Zeichnung, unteren Kante eine zweite Steuerkante 28 erreicht hat. Dies hat zur Folge, daß der erste Steuerbund 13 und der zweite Steuerbund 14 die Öffnungs­ leitung 8 zur Ablauföffnung 12 hin öffnen. Der daraufhin in der Schließleitung 8 sinkende Druck ermöglicht die Entstehung einer Normalkraft in der Überbrückungskupplung 6, so daß in dieser ein Moment übertragbar wird. Mit größer werdenden Spalten zwischen der zweiten Steuerkante 28 und dem zweiten Steuerbund 14 wird also der Druck in der Schließleitung 8 immer geringer.

Bei der in der Fig. 2 dargestellten Anschlagstellung erreicht das durch die Überbrückungskupplung 6 übertragbare Moment ein Maximum. Es ist deutlich erkennbar, daß in dieser Position der Steuerschieber 3 mit einer Anschlagstirnfläche 29 auf der Druck­ platte 4 aufliegt. Die Druckplatte 4 übernimmt hier die Funkti­ onen Dichtung, Wegbegrenzung und Abstützung der Druckfeder 16. Darüber hinaus dient sie noch der Befestigung des Elektromagnet­ ventils 5. Durch Funktionsintegration wird so eine besonders kurze Bauweise für das Schaltventil 1 bzw. 1' erreicht.

Abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Zuleitung des Steuerdruckes P_S hier über einen Zu­ lauf 30, der direkt in den Druckraum 18 mündet. Die Funktions­ weise des in Fig. 2 dargestellten Schaltventils 1' entspricht aber exakt derjenigen des Schaltventils 1 in Fig. 1. Es ist in der Fig. 2 deutlich zu sehen, daß bei voller Momentenübertra­ gung stets ein Durchfluß des Druckmediums durch die Über­ brückungskupplung 6 hindurch gewährleistet ist. Dies ist insbe­ sondere dann von Bedeutung, wenn im Schlupfbetrieb durch Reibung Wärme entsteht. Diese kann durch den ständigen Durchfluß ständig abgeführt werden, so daß die Überbrückungskupplung 6 thermisch hoch belastbar ist.

Besondere Beachtung verdient auch noch die Wirkung der Diffe­ renzdruckfläche am dritten Steuerbund 15. Diese stellt sicher, daß nicht schon allein durch sogenannte Tragflächeneffekte in der Öffnung zwischen dem zweiten Steuerbund 14 und der zweiten Steuerkante 28 strömungsbedingt eine Verstellung des Steuer­ schiebers 3 erfolgt. Die zusätzlich gegen die Kraft der Druckfe­ der 16 wirksame Differenzkraft stellt sicher, daß erst bei defi­ nierten Steuerdrücken eine Verschiebung des Steuerschiebers 3 erfolgt und so jedes an der Überbrückungskupplung 6 gewünschte Moment sehr feinfühlig eingestellt werden kann. Diese feinfühli­ ge Einstellbarkeit spielt insbesondere dann eine große Rolle, wenn der Betrieb der Überbrückungskupplung 6 geregelt wird.

Die Schaltventile 1 bzw. 1' lassen sich besonders gut in bereits vorhandene Schieberkästenkonstruktionen für hydraulische Steuer­ einrichtungen integrieren. Insbesondere durch Anordnung der Elektromagnetventile in einer Linie mit dem Steuerschieber 3 er­ gibt sich eine leicht montierbare und insgesamt kompakte Bauein­ heit. Besonders hervorzuheben ist dabei, daß die Innenbohrungen im Schiebergehäuse 2 auf einer Bearbeitungsstation mit derselben Bohrspindel erfolgen können. Die für den Lauf des größeren Steu­ erbundes 15 notwendige Bohrung erfordert lediglich einen Bohrer­ wechsel. Damit sind auch die Kosten für die Bearbeitung insge­ samt sehr niedrig.

Die in Fig. 3 ersichtliche Variante unterscheidet sich grund­ sätzlich nicht von dem Funktionsprinzip der zuvor beschriebenen Bauvarianten. Gegenüber diesen ist aber beispielsweise die An­ ordnung der Druckfeder 16' und der Steuerdruckleitung 17' ver­ tauscht worden. Der dritte Steuerbund 15' wird hier also je nach Betätigung des Stößels 21 mit Druck beaufschlagt und bewirkt ei­ ne Verstellung des Steuerschiebers 3' gegen die Wirkung der Druckfeder 16'. Abweichend von den Bauvarianten gemäß Fig. 1 und 2 ist hier in das Schiebergehäuse 2' eine Buchse 31 einge­ lassen, in der der dritte Steuerbund 15' geführt ist. Letzterer besitzt einen kleineren Außendurchmesser als die Steuerbünde 13, 14 und 15' und erfordert daher ebenso wie ein von der Druckfeder 16' belasteter Steuerbund 32 eine kleinere Bohrung als die übri­ gen Steuerbünde. Bei einer Bohrbearbeitung des Schiebergehäuses 2' kann eine solche Konfiguration nur dann erreicht werden, wenn am oberen Ende des Schiebergehäuses 2 eine vergrößerte Bohrung zur Aufnahme einer Buchse hergestellt wird.

Schraffiert dargestellt sind hier noch umlaufende Schiebetaschen 33 bis 36, die in das Schiebergehäuse 2 eingegossen sind und der Bewältigung besonders großer Volumenströme auf engstem Bauraum dienen. Außerdem kann so die Einseitigkeit der auf den Schieber wirkenden Anströmkräfte auf ein Minimum reduziert werden.

Steuerungstechnisch von besonderer Bedeutung sind hier eine von der Schließleitung 7 auf eine erste Wiegefläche 37 führende Ne­ benleitung 10.1 und eine von der Öffnungsleitung 8 in einen Druckraum 38 führende Nebenleitung 10.2. Der Druckraum 38 wird nach unten begrenzt durch einen vierten Steuerbund 39, dessen in der Zeichnung obere Stirnseite 40 eine zweite Wiegefläche dar­ stellt. Mit dieser Art der Druckrückführung werden die jeweili­ gen Arbeitsstellungen des Steuerschiebers 3' in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen Öffnungsleitung 8 und Schließleitung 7 gesteuert. Im Gegensatz zu den in den Fig. 1 und 2 darge­ stellten Ausführungsbeispielen werden die jeweiligen Arbeits­ punkte also nicht in erster Linie durch den Druck P_WD festge­ legt, sondern durch den in der Überbrückungskupplung 6 wirksamen Differenzdruck. Dies hat zur Folge, daß Schwankungen beim Druck P_WD auf die jeweilige Arbeitsstellung des Steuerschiebers 3' keinen Einfluß haben. Da hier also der Absolutbetrag des Druckes P_WD für die Funktionsweise des Schaltventils 1 nur von unterge­ ordneter Bedeutung ist, kann er im Vergleich zu den Bauvarianten gemäß Fig. 1 und 2 von der Grundeinstellung her wesentlich ge­ ringer gewählt werden, ohne daß die Funktion des Schaltventils 1 beeinträchtigt wird. Durch eine Herabsetzung des Druckes P_WD kann für das gesamte System eine Wirkungsgradverbesserung er­ zielt werden, weil beispielsweise die für die Druckerzeugung notwendige Pumpe (hier nicht dargestellt) dann mit besonderes günstigen Betriebspunkten arbeiten kann.

Die in Fig. 3 ersichtliche Stellung des Steuerschiebers 3' ent­ spricht für die Funktion der Überbrückungskupplung 6 derjenigen des Steuerschiebers 3 in Fig. 1. Analog dazu entspricht die in Fig. 4 dargestellte Stellung des Steuerschiebers 3' derjenigen in Fig. 2.

Auch das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 3 und 4 ermög­ licht eine sehr kompakte Bauweise und ist zudem ebenfalls leicht zu fertigen.

Zur Vermeidung von Verklemmungen hat sich eine Variante als be­ sonders günstig erwiesen, bei der zwischen den Steuerbünden 14 und 39 eine mechanische Trennung des Steuerschiebers 3' in ein Oberteil und ein Unterteil vorgenommen worden ist. Die beiden Steuerbünde 14 und 39 werden gemeinsam in einer entsprechend verlängerten Buchse 31' geführt. Auch wenn die Buchsen von Ober­ teil und Unterteil aufgrund von Fertigungsungenauigkeit nicht fluchten, ist eine einwandfreie Funktion des Steuerschiebers 3' gewährleistet.

Claims (12)

1. Schaltventil (1) zur Ansteuerung eine Wandlerüberbrückungskupplung (6), die einem Automatikgetriebes eines Kraftfahrzeuges zugeordnet ist mit wenigstens einer Druckzufuhröffnung (11), wenigstens einer Ablauf­ öffnung (12), einem ersten Anschluss für eine zur Wandlerüberbrü­ ckungskupplung (6) führende Schließleitung (7), einem zweiten An­ schluss für eine zur Wandlerüberbrückungskupplung (6) führende Öff­ nungsleitung (8), einem die vorgenannten Anschlüsse und Öffnungen (7, 8, 11, 12) auf- und zusteuernden Steuerschieber (3), der in einem Schie­ bergehäuse (2) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß durch ei­ nen ersten Steuerbund (13) des Steuerschiebers (3) die Schließleitung (7) und die Öffnungsleitung (8) wechselweise oder gemeinsam ansteuerbar ist, wobei die Breite des ersten Steuerbundes (13) im Verhältnis zum Öffnungsquerschnitt der Druckzufuhröffnung (11) so gewählt ist, daß auf dem Weg zur ersten Steuerkante (27) hin die Druckversorgung zur Öff­ nungsleitung (8) in dem Maße unterbunden ist, wie sie zur Schließlei­ tung (7) hin ermöglicht ist, und wobei mittels eines zweiten Steuerbun­ des (14) des Steuerschiebers (3) die Ablauföffnung (12) mit der Öffnungs­ leitung (8) verbindbar ist.

2. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (3) über eine Druckfeder (16) an einer Druck­ platte (4) abstützbar ist, deren vom Steuerschieber (3) abge­ wandte Seite zumindest als Teil eines Druckraums (18) ausge­ bildet ist, und an der wenigstens eine Durchgangsbohrung zur Verbindung, des Druckraums (18) mit einer Druckleitung (Steuerdruckleitung 17) vorgesehen ist.

3. Schaltventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (4) zur Aufnahme eines Elektromagnetventils (5) ausgebildet ist.

4. Schaltventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Elektromagnetventil (5) und die Druckplatte (4) ein gemeinsamer Druckraum (18) gebildet ist.

5. Schaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckraum (18) über eine Druckleitung (Steuerdruckleitung 17) mit einem innerhalb des Schaltventils (1) befindlichen Steu­ erdruckraum (19) verbunden ist, von dem aus der Steuerschie­ ber (3) gegen die Wirkung der Druckfeder (16) bewegbar ist.

6. Schaltventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckplatte (4) eine zweite Öffnung (Zulauf 30) zur Einspei­ sung eines Steuerdrucks aufweist.

7. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuerschieber (3) ein dritter Steuerbund (15) vorgesehen ist, dessen Durchmesser größer ist als diejenigen des ersten und zweiten Steuerschiebers (13, 14).

8. Schaltventil nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Druckfeder (16) an dem dritten Steuerbund (15) abstützbar ist.

9. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Druckzufuhröffnung (11) abgewandte Stirnseite (37) des ersten Steuerbundes (13') eine erste Wiegefläche ge­ bildet ist, die mit Druck aus der Schließleitung (7) beauf­ schlagbar ist.

10. Schaltventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Steuerschieber (3') hinter der dem ersten Steuerbund (13) abgewandten Seite des zweiten Steuerbundes (14) eine zweite Wiegefläche (40) vorgesehen ist, die mit Druck aus der Öffnungsleitung (8) beaufschlagbar ist.

11. Schaltventil nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß neben dem zweiten Steuerbund (14) ein die zweite Wiegefläche (40) bildender Zusatzsteuerbund (39) angeordnet ist.

12. Schaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerschieber (3, 3') zweiteilig ausgeführt ist.