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Dokumentenidentifikation DE102006024069A1 29.11.2007
Titel Vorrichtung zur Ansteuerung von Getriebesteuerungs-Kupplungen
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Schmitt, Manfred, 64646 Heppenheim, DE;
Rehwald, Andreas, 74321 Bietigheim-Bissingen, DE
DE-Anmeldedatum 23.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006024069
Offenlegungstag 29.11.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.11.2007
IPC-Hauptklasse F16K 11/07(2006.01)A, F, I, 20060523, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F16K 31/04(2006.01)A, L, I, 20060523, B, H, DE   F15B 13/04(2006.01)A, L, I, 20060523, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Drucksteuerventil für hydraulische Systeme, insbesondere automatische Fahrzeuggetriebe, wobei zur Steuerung des Drucksteuerventils (1) ein Antrieb (19; 2; 28; 31) vorgesehen ist und das Drucksteuerventil (1) ein Ventilgehäuse aufweist, in das ein Zulauf (12), ein Ablauf (14) und ein Steuerkanal (13) münden. Zum Verbinden oder Trennen des Zulaufs (12) beziehungsweise des Ablaufs (14) mit dem Steuerkanal (13) ist mindestens ein druckausgeglichener Linearschieber (8) im Ventilgehäuse aufgenommen, wobei der Linearschieber (8) durch einen Schrittmotor angetrieben ist.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Drucksteuerventil für hydraulische Systeme, insbesondere automatische Fahrzeuggetriebe, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Automatgetrieben werden Gangwechsel durch Schließen der Kupplung ausgeführt, die die gewünschte Übersetzungsstufe in die Momentenübertragung schaltet. Gleichzeitig wird die Kupplung der seither das Moment übertragenden Übersetzungsstufe gelöst. Hierbei ist es erforderlich, dass die beiden Kupplungen sehr präzise synchron verstellt werden, um einen komfortablen Schaltvorgang ohne Momentensprünge zu erhalten. Das übertragende Moment der alten Übersetzungsstufe wird durch Absenken des Kupplungs-Hydraulikdrucks und damit des Anpressdrucks nach einer definierten Rampe reduziert, während gleichzeitig das Moment der neuen Übersetuzungsstufe nach einer entsprechenden Rampe so erhöht wird, dass weder eine Momentenüberhöhung noch ein Momenteneinbruch und eine sich daraus ergebende Zugkraftunterbrechung auftritt.

Hierzu werden derzeit sehr präzise Drucksteuerventile eingesetzt. Diese sensieren z.B. mit einer Druckfühlfläche am Verstellorgan den Kupplungsdruck und verschieben das Verstellorgan mit einer definierten Magnetkraft soweit, bis sich durch die veränderte Ventilöffnung ein der vorgegebenen Magnetkraft entsprechender Kupplungsdruck einstellt. Um eine genaue Steuerung sicherzustellen, muss die Ventilhydraulik präzise gefertigt werden. Zudem muss die Strom-Magnetkraft-Kennlinie des Verstellorgans durch einen präzisen Magnetkreis genau eingehalten werden. Außerdem ist eine exakte Regelung des Stroms erforderlich, was insgesamt gesehen einen hohen Aufwand erfordert, der zwangsläufig mit hohen Kosten einhergeht. Des weiteren wird wegen der Rückkopplung des Kupplungsdrucks gegen große Kräfte gearbeitet, weshalb häufig nur ein niedrigerer Pilotdruck geregelt wird, der durch ein nachgeschaltetes Verstärkungsventil auf den erforderlichen Kupplungsdruck und Kupplungsvolumenstrom erhöht wird. Der Pilot- oder Steuerdruck, der erheblich niedriger liegt als der Kupplungsdruck, kann mit den heute verwendeten Regelmagnetventilen mit geringerer elektrischer Leistung geregelt werden als der Kupplungsdruck.

Vorteile der Erfindung

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Drucksteuerventil für hydraulische Systeme, insbesondere für automatische Fahrzeuggetriebe, ist zur Steuerung des Drucksteuerventils ein Antrieb vorgesehen. Weiterhin weist das Drucksteuerventil ein Ventilgehäuse auf, in das ein Zulauf, ein Ablauf und ein Steuerkanal münden. Zum Verbinden oder Trennen des Zulaufs und des Ablaufs mit dem Steuerkanal ist erfindungsgemäß mindestens ein druckausgeglichener Linearschieber im Ventilgehäuse aufgenommen, wobei der Linearschieber durch einen Schrittmotor angetrieben ist. Durch den Einsatz des druckausgeglichenen Linearschiebers sind bereits geringe Stellkräfte ausreichend, um die Position des Linearschiebers zu ändern. Insbesondere kann durch die Verwendung einer fein dosierbaren Ventilhydraulik in Verbindung mit einem präzise steuerbaren Schrittmotorantrieb die geforderte Stellgenauigkeit im gesteuerten Betrieb, d.h. ohne Kupplungsdruckrückkopplung über eine Druckfühlfläche, erreicht werden. Da bei der Verstellung des Linearschiebers nur die Kolbenreibung überwunden werden muss, ist nur ein kleiner Antrieb mit geringer Leistung erforderlich. Wegen der geringen Verlustleitung kann auf eine Taktung, wie sie bei den heute gebräuchlichen Drucksteuerventilen üblich ist, verzichtet werden. Hierdurch wird vermieden, dass Resonanzschwingungen im Hydrauliksystem periodisch angeregt werden, die wegen der hohen Luftgehalts- und Viskositätsschwankungen des Öls in einem großen Frequenzbereich auftreten können.

Zudem muss der Antrieb für den Fall, dass keine zusätzliche Rückstellung in eine Notlaufposition beim Ausfall des Antriebs vorgesehen ist, nur beim Verstellen bestromt werden. Die heute erforderlich Dauerbestromung ist in diesem Fall nicht erforderlich. Hierdurch wird die Verlustleistung weiter deutlich reduziert.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Linearschieber mit einer Rückstellvorrichtung in eine Notlaufposition versehen. Die Rückstellung kann dabei z.B. durch ein Federelement und/oder hydraulisch erfolgen. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten druckausgeglichenen Linearschieber sind auch für die Rückstellung in die Notlaufposition lediglich die Reibung des Linearschiebers und die Hemmung des Antriebs zu überwinden. Aus diesem Grund kann die erforderliche Rückstellkraft schwach ausgelegt werden. Deshalb ist auch die Leistungsaufnahme bei einer dann erforderlichen Haltebestromung gering.

Ein weiterer Vorteil des Linearschiebers gegenüber herkömmlichen Sitzventilen, wie sie derzeit als Drucksteuerventil eingesetzt werden, ist, dass der Öffnungsquerschnitt des Zulaufs und des Ablaufs feinfühlig eingestellt werden kann. Bei den Sitzventilen ist bereits bei sehr kleinen Öffnungshüben ein großer Querschnitt freigegeben.

Um die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und die Positioniergenauigkeit des Antriebs gering zu halten und damit aufwendige Fertigungsverfahren und Kosten einsparen zu können, werden der Zulauf und der Ablauf vorzugsweise kontinuierlich über einen größeren Kolbenweg freigegeben. Um die Ventilkennlinie zu linearisieren, kann an der Steuerkante des Linearschiebers eine Öffnungskontur ausgebildet sein, die als Feinsteuerkante dient.

Durch die Betätigung des Linearschieberventils mittels des Schrittmotorantriebs lässt sich ein störunempfindlicher Antrieb realisieren. Insbesondere werden wegen der digitalen, schrittweisen Verstellung geringe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit gestellt. Auch die elektronische Ansteuerung kann einfach, ohne eine aufwendige Positionserfassung und Regelelektronik realisiert werden. Durch die definierte, schrittweise Verstellung ist auch die synchrone Verstellung der öffnenden und der schließenden Kupplung sichergestellt.

Wird ein Drucksteuerventil für Automatgetriebe als Linearschieberventil ausgestaltet und insbesondere mit einem Schrittmotor-Direktstellerantrieb betätigt, so lässt sich ein präziser Druckverlauf hinsichtlich der öffnenden und der schließenden Kupplung beim Gangwechsel einstellen, um Drehmomentsprünge zu vermeiden. Die synchrone Verstellung beider Kupplungen, d.h. der öffnenden und der schließenden Kupplung beim Gangwechsel stellt sicher, dass die Momentenverhältnisse an beiden Kupplungen relativ zueinander dem vorgegebenen Verlauf, d.h. synchron auf identischen Rampen folgen. Ein absolutes Druckniveau kann z.B. durch Anpassung des Systemdrucks so eingestellt werden, dass das aktuell zu übertragende Drehmoment sicher übertragen werden kann. Die dafür erforderliche Präzision der Ventile lässt sich mit möglichst geringen Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit dadurch darstellen, dass die Ventilhydraulik eine möglichst lineare Verstellung des Kupplungsdrucks über den Verstellweg des Stellorgans in Gestalt eines Linearschiebers ermöglicht. Zudem ist das erfindungsgemäße Linearschieberventil unempfindlich gegen Versorgungsspannungsschwankungen und ermöglicht die synchrone Verstellung zweier Ventile ohne aufwendige Positionsregelung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

1 ein Linearschieberventil mit Schrittmotor-Spindelantrieb,

2 ein Prinzipbild eines druckausgeglichenen Linearschiebers mit Feinsteuerkanten,

3 einen Linearschieber mit Notlaufrückstellung,

4 eine Öffnungskontur an einem Linearschieberkolben,

5 eine Öffnungskontur mit flach auslaufender Ausfräsung in Draufsicht,

6 eine Seitenansicht der Öffnungskontur gemäß 5,

7 ein Linearschieberventil mit Kurbelzapfenantrieb,

8 ein Linearschieberventil mit Schrägscheibenantrieb.

Ausführungsformen der Erfindung

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Linearschieberventil mit einem Schrittmotor-Spindelantrieb.

Ein Drucksteuerventil 1 wird in der hier dargestellten Ausführungsform mittels eines Schrittmotor-Spindelantriebs 2 betätigt. Der Schrittmotor-Spindelantrieb 2 umfasst eine Spule 3, die einen Rotor 4 umschließt. Der Rotor 4 umfasst eine Rotorwelle 5, die in Lagern 6 beiderseits des Rotors 4 abgestützt ist. Die Rotorwelle 5 ist mit einem Innengewinde 7 versehen. Im Innengewinde 7 ist ein Linearschieber 8 mit einem korrespondierenden Außengewinde 9 aufgenommen. Durch Drehung des Rotors 4 wird der Linearschieber 8 in axialer Richtung hin- und herbewegt. Die Bewegung ist dabei vergleichbar der einer Schraubenmutter. Der Rotor 4 mit dem Innengewinde 7 wirkt dabei wie die Schraubenmutter und der Linearschieber 8 mit dem Außengewinde 9 wie die Schraube. Durch die Gewindesteigung lässt sich die Untersetzung der Antriebseinheit so auf die Gestaltung des Linearschiebers 8 abstimmen, dass bei der geforderten Genauigkeit der Positionierung des Linearschiebers 8 eine möglichst geringe Baugröße und ein möglichst geringes Gewicht sowie niedrige Kosten erreicht werden.

Am Linearschieber 8 sind ein erster Schieberkolben 10 und ein zweiter Schieberkolben 11 ausgebildet. Mit dem ersten Schieberkolben 10 ist eine Verbindung von einem Zulauf 12 in einen Steuerkanal 13 freigebbar oder trennbar. Entsprechend ist mit dem zweiten Schieberkolben 11 eine Verbindung vom Steuerkanal 13 in einen Ablauf 14 freigebbar oder verschließbar. Um einen Druckausgleich des Linearschiebers 8 zu erreichen, sind eine quer zur Verschieberichtung des Linearschiebers 8 angeordnete erste Stirnfläche 15 und eine dieser gegenüberliegende zweite Stirnfläche 16 am zweiten Schieberkolben 11 im Wesentlichen gleich groß. Hierdurch wirkt in der Stellkammer 17, die zwischen dem ersten Schieberkolben 10 und dem zweiten Schieberkolben 11 ausgebildet ist und durch die erste Stirnfläche 15 und die zweite Stirnfläche 16 in axialer Richtung begrenzt wird, jeweils die gleiche Druckkraft auf die erste Stirnfläche 15 und die zweite Stirnfläche 16. In die Stellkammer 17 zwischen dem ersten Schiebekolben 10 und dem zweiten Schieberkolben 11 mündet der Steuerkanal 13.

Durch die Druckausgeglichenheit ist bereits eine geringe Stellkraft zur Betätigung des Linearschiebers 8 ausreichend, da keine zusätzlichen Druckkräfte überwunden werden müssen. Durch die Stellkraft braucht lediglich die Reibungskraft des Linearschiebers 8 überwunden werden.

Der Schrittmotor-Spindelantrieb, wie er in 1 dargestellt ist, weist eine deutliche Selbsthemmung auf. Aus diesem Grund eignet sich dieses Antriebskonzept insbesondere für Anwendungen, bei denen ohne eine Dauerbestromung ein minimaler Stromverbrauch erreicht werden soll. Zudem sollte keine hydraulische oder mechanische Rückstellung des Linearschiebers 8 in eine Notlaufposition vorgesehen sein.

Über den Zulauf 12 ist das Drucksteuerventil 1 mit einer Druckmittelquelle verbunden. In der Druckmittelquelle wird ein Steuerungsfluid, im allgemeinen ein Hydrauliköl, auf Systemdruck komprimiert oder in einem Druckspeicher mit Systemdruck vorgehalten. Der Ablauf 14 ist im allgemeinen mit einem Vorratsbehälter für das Hydraulikfluid verbunden.

Der Steuerkanal 13 ist mit einem Verbraucher, z.B. einer Automatgetriebekupplung eines Kraftfahrzeugs verbunden. Andere Verbraucher, welche mit einem erfindungsgemäß ausgestalteten Drucksteuerventil 1 verbunden sein können, sind z.B. die Scheibensätze von CVT-Getrieben, die Ansteuerung von Kupplungen bei Doppelkupplungs- oder Direktschaltgetrieben zur Kupplungs- und Schiebemuffenbetätigung sowie die Steuerung automatisierter Schaltgetriebe. Ein weiteres Anwendungsfeld ist die hydraulische Steuerung von Verteilergetrieben. Zudem können auch sämtliche Nebenströme im Getriebe, wie z.B. Kühl- und Schmieröldrücke, auf die beschriebene Art moduliert werden.

2 zeigt einen druckausgeglichenen Linearschieber mit Feinsteuerkanten.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform sind am ersten Schieberkolben 10 und am zweiten Schieberkolben 11 jeweils zur Stellkammer 17 hin weisende Feinsteuerkanten 18 ausgebildet. In der in 2 dargestellten Position des Linearschiebers 8 sind sowohl der Zulauf 12 als auch der Ablauf 14 durch die Schieberkolben 10, 11 verschlossen. Lediglich über die Feinsteuerflächen 18 ist ein Leckagestrom aus dem Zulauf 12 in die Stellkammer 17 bzw. aus der Stellkammer 17 in den Ablauf 14 möglich. Hierdurch tritt ein Kurzschlussverlust von Hydraulikfluid vom Zulauf 12 in den Ablauf 14 über die Feinsteuerkanten 18 auf. Vorteil dieser Ausgestaltung, bei der ein Kurzschlussstrom realisiert ist, ist, dass das Drucksteuerventil 1 schnell anspricht. Die Bewegung des Linearschiebers 8 erfolgt über einen Antrieb 19, welcher z.B. als Schrittmotor-Spindelantrieb ausgestaltet sein kann, wie er in 1 dargestellt ist.

Die Feinsteuerflächen 18 am ersten Schieberkolben 10 und am zweiten Schieberkolben 11 sind so gestaltet, dass bei offenem Zulauf 12 der Ablauf 14 vollständig geschlossen ist und bei offenem Ablauf 14 der Zulauf 12 vollständig geschlossen ist. Der Abstand des ersten Schieberkolbens 10 und des zweiten Schieberkolbens 11 ist in der in 2 dargestellten Ausführungsform so gewählt, dass der Ablauf 14 geöffnet wird, sobald der Zulauf 12 geschlossen wird. Entsprechend wird auch der Öffnungsquerschnitt des Zulaufs 12 verkleinert, sobald der Ablaufquerschnitt des Ablaufs 14 vergrößert wird.

Durch das Vorsehen der Feinsteuerflächen 18 werden die auf den Linearschieber 8 ausgeübten Reaktionskräfte von durchströmendem Öl minimiert. Da der Linearschieber 8 weiterhin druckausgeglichen ist, werden weder von der Durchströmung des Öls noch vom auf den Linearschieber 8 wirkenden Druck Zusatzkräfte ausgeübt, die bei der Verstellung des Linearschiebers 8 überwunden werden müssen. Dies ermöglicht es, einen kleinen Antrieb mit geringer Leistung einzusetzen. Wegen der geringen Verlustleistung kann auf eine Taktung, wie bei den heute gebräuchlichen Drucksteuerventilen üblich, verzichtet werden. Hierdurch wird die Gefahr vermieden, Resonanzschwingungen im Hydrauliksystem periodisch anzuregen, die wegen der hohen Luftgehalts- und Viskositätsschwankungen des Öls in einem großen Frequenzbereich auftreten können.

In 3 ist schematisch ein Linearschieber mit Notlaufrückstellung dargestellt.

Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform ist der Abstand zwischen dem ersten Schieberkolben 10 und dem zweiten Schieberkolben 11 so gewählt, dass der Zulauf 12 und der Ablauf 14 gleichzeitig verschlossen sein können. Im Unterschied zu der in 2 dargestellten Ausführungsform wird hier ein Leckagestrom bzw. ein Kurzschlussverlust vermieden. Jedoch muss der Linearschieber 8 eine größere Strecke zurücklegen, um den Zulauf 12 zu verschließen und den Ablauf 14 freizugeben bzw. den Ablauf 14 zu verschließen und den Zulauf 12 freizugeben, als in einer Ausführungsform, bei der der Abstand der Schieberkolben 10, 11 so gewählt ist, dass ein Kurzschlussverlust auftritt, wie er in 2 dargestellt ist.

Im Unterschied zu den in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform eine Rückstellung in eine Notlaufposition vorgesehen.

Diese tritt in Aktion, wenn der Antrieb 19 ausfällt. Zur Rückstellung ist bei der in 3 dargestellten Ausführungsform zum einen ein als Rückstellvorrichtung dienendes Federelement 20 vorgesehen, welches auf den Linearschieber 8 wirkt. Hierzu ist am Linearschieber 8 auf der dem Antrieb 19 abgewandten Seite ein Kolben 21 ausgebildet, auf welchen das Federelement 20 wirkt. Das Federelement 20 ist zum Beispiel eine als Druckfeder ausgebildete Spiralfeder. Es ist aber auch jede andere Druckfeder einsetzbar, mit der der Hub des Linearschiebers 8 überwunden werden kann, dass dieser in eine Notlaufposition gestellt wird. In der hier dargestellten Ausführungsform wird in der Notlaufposition die Verbindung vom Ablauf 14 in den Steuerkanal 13 freigegeben. Anstelle auf den Kolben 21 kann das Federelement 20 auch direkt auf den zweiten Schieberkolben 11 wirken.

Zusätzlich zum Federelement 20 umschließt ein Ringraum 22 den Kolben 21. Der Ringraum 22 ist mit einer Druckleitung 23 verbunden, in der vorzugsweise ein konstanter Druck herrscht. Hierdurch wirkt eine konstante Druckkraft im Ringraum 22 auf eine Fläche 35 am zweiten Schieberkolben 11, die den Ringraum 22 begrenzt. Diese Druckkraft kann als Rückstelldruckkraft genutzt werden.

Neben der in 3 dargestellten Ausführungsform, bei der sowohl eine Rückstellvorrichtung in Form des Federelementes 20 als auch eine Rückstellung durch eine auf die Fläche 35 am zweiten Schieberkolben 11 wirkende Druckkraft im Ringraum 22 vorgesehen ist, ist es auch möglich, dass die Rückstellung in die Notlaufposition entweder nur durch das Federelement 20 oder nur durch eine auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkende Druckkraft ausgeführt wird.

Anstelle der Druckleitung 23, über die ein konstanter Druck im Ringraum 22 gewährleistet wird, der auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt, ist es auch möglich, den Ringraum 22 – wie hier gestrichelt dargestellt – mit dem Zulauf 12 zu verbinden. Diese Verbindung ist mit Bezugszeichen 24 bezeichnet. Nachteil der Verbindung des Ringraums 22 mit dem Zulauf 12 über die Verbindung 24 ist, dass im Ringraum 22 dann keine konstante Kraft auftritt sondern die Druckkraft, die auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt, entsprechend der Druckschwankungen im Zulauf 12 ebenfalls schwankt.

Wenn die Rückstellung nur hydraulisch erfolgen soll, das heißt also, dass kein Federelement 20 vorgesehen ist, ist es nicht notwendig, am Linearschieber 8 den Kolben 21 vorzusehen. In diesem Fall ist der gesamte Raum hinter dem zweiten Schieberkolben 11 mit unter konstanten Druck oder Zulaufdruck stehenden Fluid befüllt, so dass die Druckkraft über die gesamte in den Raum hineinragende Fläche auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt.

Bei einer Rückstellung durch das Federelement 20 wird die Federkraft des Federelementes 20 so ausgelegt, dass hierdurch die Kolbenreibung und gegebenenfalls die Hemmung des Antriebes auch in der am weitesten entspannten Stellung des Federelementes 20 in allen Betriebsbedingungen überwindet.

Aufgrund der Rückstellwirkung des Federelementes 20 oder der hydraulischen Druckkraft im Ringraum 22 muss der Antrieb 19 dauerhaft bestromt werden, um zu vermeiden, dass der Linearschieber in die Notlaufposition verschoben wird. Vorteil der hydraulischen Rückstellung gegenüber der Rückstellung mit dem Federelement 20 ist, dass diese kompakt und mit geringem Gewicht realisierbar ist und es keine kolbenwegabhängige Kraftänderung gibt, sofern der Druck konstant gehalten wird. Lediglich bei der Verbindung des Ringraumes 22 mit dem Zulauf 12 kann die Rückstellkraft gegebenenfalls mit der Druckvariation schwanken.

Neben der Ausführung der Rückstellung mit dem Federelement 20, bei der das Federelement 20 auf einen Kolben 21 am Linearschieber 8 wirkt, ist es auch möglich, dass das Federelement 20 direkt auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt. In diesem Fall kann das Federelement 20 zum Beispiel auch im Verschieberaum aufgenommen sein, der sich an den zweiten Schieberkolben 11 anschließt.

Die Stellung des ersten Schieberkolbens und des zweiten Schieberkolbens, wie er in 3 dargestellt ist, bei dem sowohl der Zulauf 12 als auch der Ablauf 14 gleichzeitig geschlossen werden können, das heißt, dass die Öffnung eines Versorgungsanschlusses, zum Beispiels des Ablaufs 14 oder des Zulaufs 12 erst dann beginnt, wenn der zweite Versorgungsanschluss vollständig geschlossen ist, ist besonders geeignet für Anwendungen, bei denen der Ausgangsdruck gemessen und aktiv auf den Sollwert geregelt wird.

Um die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit und die Positioniergenauigkeit des Antriebs gering zu halten, ist es erforderlich, dass der Zulauf 12 und der Ablauf 14 kontinuierlich über einen größeren Weg des Linearschiebers 8 freigegeben werden. Um die Ventilkennlinie zu linearisieren, kann die Steuerkante 25 der Schieberkolben 10, 11 um eine Öffnungskontur erweitert werden. Eine solche Öffnungskontur ist beispielhaft in 4 dargestellt. 4 zeigt eine Draufsicht auf den zweiten Schieberkolben 11 mit einer als Feinsteuerfläche 18 wirkenden Öffnungskontur 26. Eine entsprechende Öffnungskontur kann auch am ersten Schieberkolben 10 ausgebildet sein.

Die Öffnungskontur gemäß 4 ist schlitzförmig ausgebildet. Hierdurch wird es ermöglicht, über einen vergrößerten Weg des Linearschiebers 8 nur kleinste Strömungsquerschnitte freizugeben. Eine feinfühligere Dosierung des Hydraulikfluidvolumenstroms lässt sich durch die schlitzförmig konfigurierte Öffnungskontur 26 erzielen.

Um eine einfachere Fertigung der Öffnungskontur zu ermöglichen, kann diese auch wie in 5 dargestellt ausgeführt sein. Um die erhöhte Drosselwirkung, wie sie gemäß der Öffnungskontur 26 in 4 durch die Schlitzform erzielt wird, zu erreichen, wird die erhöhte Drosselwirkung an der Feinsteuerfläche 18 mit der Öffnungskontur 26 gemäß 5 dadurch erzielt, dass die Tiefe der Feinsteuerfläche 18 von der Steuerkante 25 aus gesehen abnimmt. Dies ist in Seitenansicht exemplarisch in 6 dargestellt. Eine derartige Öffnungskontur 26, wie sie in den 5 und 6 dargestellt ist, lässt sich zum Beispiel einfach durch einen schräg angesetzten Fräser 27 erzielen. Anstelle des Fräsers 27 lässt sich die Öffnungskontur 26 natürlich auch über andere, dem Fachmann bekannte Fertigungsverfahren herstellen. Geeignet sind zum Beispiel auch Schleifer oder Laser.

Anstelle der Öffnungskante am ersten Schieberkolben 10 oder zweiten Schieberkolben 11 ist es selbstverständlich auch möglich, die Öffnungskontur 26 und damit die Feinsteuerfläche 18 an der Steuerkante am Gehäuse zu realisieren. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, die Steuerkante bei gegossenem Gehäuse beim Guss mit auszubilden. Die Gestaltung der Kontur kann beliebig an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden und ist nicht auf die in den 4 bis 6 dargestellte Ausführung beschränkt. Um das Drucksteuerventil an zum Beispiel geänderte Volumenstrombereiche verschiedene Zielsysteme anzupassen, ist es lediglich erforderlich, die Öffnungskontur zu verändern.

Ein geeigneter Antrieb für den Linearschieber 8 ist insbesondere ein Schrittmotor, da dieser störunempfindlich ist. Aufgrund der digitalen, schrittweisen Verstellung stellt er nur geringe Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeit. Auch die elektronische Ansteuerung kann einfach, ohne aufwendige Positionserfassung und Regelelektronik realisiert werden. Durch die definierte, schrittweise Verstellung ist auch die synchrone Verstellung der öffnenden und schließenden Kupplung sichergestellt.

Zur Verstellung des Linearschiebers 8 sind grundsätzlich zwei Antriebskonzepte sinnvoll. Hierbei handelt es sich zum einen Linear-Schrittmotor, zum anderen um einen Rotations-Schrittmotor.

Bei einem Linear-Schrittmotor werden die Spulen des Stators und die Magnete des Rotors Linear angeordnet und die Rotormagnete werden direkt auf den Linearschieber 8 montiert. Hierdurch kann eine spiel- und hysteresefreie Ventilverstellung sichergestellt werden. Außerdem ergibt sich ein sehr einfacher, robuster Gesamtaufbau des Ventils, welches aus dem Linearschieber 8 mit Magneten als einzigem bewegten Teil und das Gehäuse mit darin integrierter Spule umfasst.

Beim Antrieb als Rotations-Schrittmotor sind verschiedene Ausführungen sinnvoll. Eine geeignete Ausführung ist der Schrittmotor-Spindelantrieb, wie er in 1 dargestellt ist. Dieser Antrieb ist jedoch nicht geeignet, wenn das Drucksteuerventil eine Vorrichtung zur Rückstellung in eine Notlaufposition, wie sie in 3 dargestellt ist, aufweist, da der Schrittmotor-Spindelantrieb eine deutliche Selbsthemmung aufweist.

Eine weitere Variante, mit der der Linearschieber 8 durch einen Rotations-Schrittmotor angetrieben werden kann, ist in 7 dargestellt. Hierbei erfolgt der Antrieb über einen Kurbelzapfenantrieb 28. Beim Kurbelzapfenantrieb 28 ist die Rotorwelle 5 des Schrittmotors mit einem Kurbelzapfen 29 versehen. Der Kurbelzapfen 29 läuft in einer Nut 30 am Linearschieber 8.

Mit dem Kurbelzapfenantrieb 28 lässt sich die Positionierschrittweite des Linearschiebers 8 auch drehwinkelabhängig verändern, zum Beispiel um die Ventilkennlinie zu linearisieren. Dies wird zum Beispiel dadurch erreicht, indem die Nut 30 nicht wie in 7 dargestellt gerade ausgeführt wird sondern gebogen. Anstatt der Zwangsführung mit Kurbelzapfen 29 in der Nut 30 kann auch ein Nocken auf der Rotorwelle 5 vorgesehen werden, der ein entsprechendes Steigungsprofil aufweist, mit dem die gewünschte Linearisierung erzielt wird.

Eine weitere Ausführungsform, bei der der Antrieb 19 als Rotations-Schrittmotor ausgeführt ist, ist in 8 dargestellt.

Hierbei handelt es sich um einen Schrägscheibenantrieb 31. Hierzu ist eine Schrägscheibe 32 mit dem Rotationsschrittmotor 33 verbunden. Um eine Verstellung des Linearschiebers 8 zu erzielen, ist der Linearschieber 8 exzentrisch gegen die Schrägscheibe 32 gestellt. Zur Verringerung des Verschleißes ist das der Schrägscheibe 32 zuweisende Ende des Linearschiebers 8 konisch ausgeführt. Der Konus ist mit Bezugszeichen 34 bezeichnet. Die Spitze des Konus 34 ist vorzugsweise rund ausgeführt. Hierdurch wird ein leichteres Verschieben auf der Schrägscheibe 32 erreicht. Über das Federelement 20, welches als Druckfeder ausgebildet ist und auf den zweiten Schieberkolben 11 wirkt, wird sichergestellt, dass der Linearschieber immer an der Schrägscheibe 32 anliegt. Die Ausführungsform, bei der der Antrieb als Schrägscheibenantrieb 31 ausgebildet ist, wird vorzugsweise dann gewählt, wenn Motorachse und Schieberachse gleich orientiert sein sollen. Dadurch dass zum Betrieb des Drucksteuerventils 1 mit Schrägscheibenantrieb 31 das Federelement 20 vorgesehen ist, welches den Linearschieber 8 gegen die Schrägscheibe 32 presst, eignet sich dieses Antriebskonzept insbesondere für Anwendungen, bei denen eine mechanische Notlaufrückstellung des Linearschiebers 8 vorgesehen ist.


Anspruch[de]
Drucksteuerventil für hydraulische Systeme, insbesondere automatische Fahrzeuggetriebe, wobei zur Steuerung des Drucksteuerventils (1) ein Antrieb (19; 2; 28; 31) vorgesehen ist und das Drucksteuerventil (1) ein Ventilgehäuse aufweist, in das ein Zulauf (12), ein Ablauf (14) und ein Steuerkanal (13) münden, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verbinden oder Trennen des Zulaufs (12) beziehungsweise des Ablaufs (14) mit dem Steuerkanal (13) mindestens ein druckausgeglichener Linearschieber (8) im Ventilgehäuse aufgenommen ist, wobei der Linearschieber (8) durch einen Schrittmotor angetrieben ist. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Linearschieber (8) ein erster Schieberkolben (10) zum Verbinden oder Trennen des Zulaufs (12) mit dem Steuerkanal (13) und ein zweiter Schieberkolben (11) zum Verbinden oder Trennen des Ablaufs (14) mit dem Steuerkanal (13) ausgebildet sind. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (10) und der zweite Schieberkolben (11) so angeordnet sind, dass entweder der Zulauf (12) mit dem Steuerkanal (13) verbunden wird, während der Ablauf (14) vom Steuerkanal (13) getrennt wird oder der Ablauf (14) mit dem Steuerkanal (13) verbunden wird, während der Zulauf (14) vom Steuerkanal (13) getrennt wird. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am ersten Schieberkolben (10) und/oder am zweiten Schieberkolben (11) eine Feinsteuerfläche (18) ausgebildet ist. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinsteuerfläche (18) eine schlitzförmige Öffnungskontur (26) aufweist. Drucksteuerventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearschieber (8) mit einer Rückstellvorrichtung in eine Notlaufposition versehen ist. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellvorrichtung ein Federelement (20) und/oder eine mit Druck beaufschlagte Fläche (35), die auf den Linearschieber (8) wirkt, umfasst. Drucksteuerventil gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur hydraulischen Rückstellung ein Ringspalt an dem dem Antrieb (19) gegenüberliegenden Ende des Schieberkolbens (8) ausgebildet ist, der mit unter Druck stehender Flüssigkeit beaufschlagt ist. Drucksteuerventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor einen Spindelantrieb (2) aufweist. Drucksteuerventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor einen Kurbelzapfenantrieb (28) umfasst. Drucksteuerventil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor einen Schrägscheibenantrieb (31) umfasst.






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