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Die Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem zum Betätigen wenigstens eines Schaltelementes eines Getriebes gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Aus der
US 7,282,005 B2 ist ein Hydrauliksystem zum Betätigen eines Schaltelementes eines Getriebes mit einer vorsteuerbaren und einen Regelventilschieber aufweisenden Regelventileinrichtung und einer damit wirkverbundenen und ebenfalls vorsteuerbaren sowie mit einem Schaltventilschieber ausgebildeten Schaltventileinrichtung bekannt. Über eine Druckreglereinrichtung wird der Vorsteuerdruck für die Regelventileinrichtung und die Schaltventileinrichtung in Abhängigkeit eines elektrischen Steuersignals vorgegeben, wobei die Druckreglereinrichtung einen definierten Arbeitsdruckbereich besitzt, der üblicherweise deutlich niedriger als der Betätigungsdruck des Schaltelementes ist. Um das Schaltelement mit im Vergleich zum Vorsteuerdruck der Regelventileinrichtung und der Schaltventileinrichtung höheren Druckwerten betätigen zu können, ist der Druckreglereinrichtung die Regelventileinrichtung nachgeschaltet, in deren Bereich der Vorsteuerdruck der Druckreglereinrichtung auf ein höheres Niveau übersetzt wird.
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Generell soll während eines Fahrbetriebes eines mit einem Getriebe, wie einem Wandlerautomatgetriebe oder dergleichen, ausgeführten Fahrzeuges sichergestellt werden, dass das Schaltelement in vollständig zugeschaltetem Betriebszustand seine volle Übertragungsfähigkeit aufweist und schlupffrei betrieben wird. Hierfür wird der Betätigungsdruck am Ende des Regeldruckbereiches des Betätigungsdruckes sprungartig auf einen höheren Druckwert angehoben, der üblicherweise einem sogenannten Systemdruck entspricht. Die Umschaltung bzw. das wenigstens annähernd sprungartige Anheben des Betätigungsdruckes wird über die von der Druckreglereinrichtung parallel angesteuerte Schaltventileinrichtung realisiert, welche jedoch erst bei hohen Vorsteuerdrücken betätigt wird bzw. aus einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand überführt wird.
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Über die Schaltventileinrichtung wird die Rückkopplung des Betätigungsdruckes auf die Regelventileinrichtung bei Vorliegen eines zweiten Schaltzustandes der Schaltventileinrichtung deaktiviert, so dass die Regelventileinrichtung aus einer sogenannten Modulationsstellung in einen Betriebszustand überführt wird, zu dem der an der Regelventileinrichtung anliegende Systemdruck in Richtung des Schaltelementes vollständig durchgeschaltet wird.
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Dadurch, dass ein Regelventilschieber der Regelventileinrichtung und ein Schaltventilschieber der Schaltventileinrichtung jeweils in separaten Ventilbohrungen angeordnet sind, weist ein derart ausgebildetes Hydrauliksystem einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf auf.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein bauraumgünstiges Hydrauliksystem zur Verfügung zu stellen, mittels welchem ein Schaltelement einer Getriebeeinrichtung betätigbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Hydrauliksystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem zum Betätigen wenigstens eines Schaltelementes eines Getriebes ist mit einer vorsteuerbaren und einen Regelventilschieber aufweisenden Regelventileinrichtung und einer damit wirkverbundenen und ebenfalls vorsteuerbaren sowie mit einem Schaltventilschieber ausgebildeten Schaltventileinrichtung ausgebildet.
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Erfindungsgemäß sind der Regelventilschieber und der Schaltventilschieber auf bauraumgünstige Art und Weise in einer gemeinsamen Bohrung eines Gehäuses gegenläufig längsbeweglich sowie koaxial zueinander angeordnet und jeweils im Bereich von einander zugewandten Steuerflächen über einen gemeinsamen Druckraum mit einem Drucksignal beaufschlagbar.
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Damit ist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen durch eine kompaktere Bauweise gekennzeichnet, wodurch mit dem Hydrauliksystem ausgeführte Getriebe ebenfalls mit geringen Abmessungen ausführbar sind und dann ein niedriges Gesamtgewicht aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems sind der Regelventilschieber und der Schaltventilschieber über eine Anschlageinrichtung jeweils in einer definierten Ausgangslage haltbar, die diese vorzugsweise im drucklosen Betriebszustand des Hydrauliksystems aufweisen. Damit ist gewährleistet, dass der Regelventilschieber und der Schaltventilschieber bei einer Inbetriebnahme eines Fahrzeuges jeweils eine zu einem definierten Betriebszustand der Regelventileinrichtung und der Schaltventileinrichtung äquivalente Schieberstellung aufweisen und das Fahrzeug mit einem definierten Betriebszustand des Hydrauliksystems startbar ist.
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Ist der Regelventilschieber über eine Federeinrichtung mit einer in Richtung seiner definierten Ausgangslage wirkenden Rückstellfederkraft beaufschlagt, ist der Regelventilschieber mit geringem Steuer- und Regelaufwand in seine definierte Ausgangslage überführbar.
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Bei einer weiteren bauraumgünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist am Schaltventilschieber ein in Richtung seiner definierten Ausgangslage wirkendes weiteres Drucksignal anlegbar, mittels welchem der Schaltventilschieber ohne eine einen Bauraumbedarf vergrößernde zusätzliche Federeinrichtung in seine definierte Ausgangslage überführbar ist.
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Ist das weitere Drucksignal im Bereich einer Wirkfläche eines koaxial zum Schaltventilschieber in der Bohrung längsbeweglich angeordneten Zusatzkolbens anlegbar, der mit dem Schaltventilschieber in Wirkverbindung bringbar ist, ist das Schaltelement mit hoher Regelgüte betätigbar, da der Schaltventilschieber aufgrund der Anordnung des Zusatzkolbens mit einer geringeren axialen Länge ausführbar ist und eine Betätigungshysterese der Schaltventileinrichtung aufgrund geringerer fertigungstoleranzbedingter Reibkräfte zwischen dem Schaltventilschieber und einem Gehäuse der Schaltventileinrichtung auftretenden Reibkräfte gering ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass auf den Schaltventilschieber wirkende Querkräfte, die aus koaxialen Geometriefehlern zwischen der gemeinsamen Bohrung und einem damit zusammen wirkenden Kolbenbund des Schaltventilschiebers resultieren, nahezu Null sind.
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Im Bereich der Schaltventileinrichtung ist der Zusatzkolben bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in einer in der Bohrung vorgesehenen Dichthülse angeordnet und über einen Kanal der Dichthülse mit dem Drucksignal beaufschlagbar. Damit ist ein Übersetzungsverhältnis des Schaltventilschiebers der Schaltventileinrichtung auf einfache Art und Weise zur Auslegung des Betätigungsdruckes der Schaltventileinrichtung anwendungsfallabhängig ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen einstellbar. Für die Einstellung des Betätigungsdruckes der Schaltventileinrichtung sind lediglich ein Innendurchmesser der den Zusatzkolben längsbeweglich aufnehmenden Hülse und ein damit zusammenwirkender Außendurchmesser des Zusatzkolbens, der die mit dem Drucksignal beaufschlagbare Wirkfläche des Zusatzkolbens definiert, in Abhängigkeit des jeweils vorliegenden Anwendungsfalles zu variieren. Da der Betätigungsdruck der Schaltventileinrichtung vom Außendurchmesser der in der gemeinsamen Bohrung angeordneten Dichthülse unabhängig ist, sind der Durchmesser der gemeinsamen Bohrung und der Außendurchmesser der Dichthülse für die Einstellung des Betätigungsdruckes der Schaltventileinrichtung nicht zu verändern, wodurch Fertigungskosten reduziert sind.
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Ist ein Betätigungsdruck des Schaltelementes über die Regelventileinrichtung innerhalb eines definierten Vorsteuerdruckbereiches und bei Vorliegen eines ersten Schaltzustandes der Schaltventileinrichtung regelbar und weist die Schaltventileinrichtung oberhalb eines an einer ersten Wirkfläche eines Ventilschiebers der Schaltventileinrichtung anlegbaren Vorsteuerdruckwertes einen zweiten Schaltzustand auf, zu dem der Betätigungsdruck des Schaltelementes einem an der Regelventileinrichtung anlegbaren Systemdruck entspricht, ist ein über das erfindungsgemäße Hydrauliksystem betätigbares Schaltelement in vollständig zugeschaltetem Betriebszustand in gewünschtem Umfang im schlupffreien Betriebszustand darstellbar.
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Bei einer durch einen geringen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist der Betätigungsdruck des Schaltelementes an einer ersten Wirkfläche des Regelventilschiebers der Regelventileinrichtung in einer den Betätigungsdruck reduzierenden Wirkrichtung anlegbar.
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Ist die erste Wirkfläche des Regelventilschiebers, an der der Betätigungsdruck anlegbar ist, eine Differenzfläche zwischen zwei einen reduzierten Durchmesserbereich des Regelventilschiebers in axialer Richtung begrenzenden Wirkflächen des Regelventilschiebers, über die der Betätigungsdruck gemeinsam mit Schaltzungen einstellbar ist, ist der Bauraumbedarf der Regelventileinrichtung im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Ausführungen, bei denen die erste Wirkfläche im Bereich eines separaten bzw. zusätzlichen Ventilbundes vorgesehen ist, der nur über eine große axiale Länge des Regelventilschiebers realisierbar ist, geringer, da eine axiale Länge des Regelventilschiebers kleiner ist. Damit weist die Regelventileinrichtung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems gute Regeleigenschaften auf, die im Vergleich zu bekannten Lösungen durch am verkürzt ausgeführten Regelventilschieber in geringerem Umfang angreifenden Querkräfte verbessert sind. Die Querkräfte resultieren unter anderem aus Verformungen eines Gehäuses der Regelventileinrichtung sowie Fertigungstoleranzen, die die Laufeigenschaften des Regelventilschiebers im Ventilgehäuse der Regelventileinrichtung verschlechtern.
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Die eine integrierte Rückführfläche darstellende erste Wirkfläche des Regelventilschiebers führt jedoch dazu, dass der an der ersten Wirkfläche des Regelventilschiebers anliegende Druck ohne zusätzliche Maßnahmen nicht wie bei bekannten Lösungen abschaltbar ist und der Regelventilschieber der Regelventileinrichtung durch eine zusätzliche Maßnahme in einen Betriebszustand zu überführen ist, in der der Betätigungsdruck des Schaltelementes einen schlupffreien Betriebszustand des Schaltelementes gewährleistenden Wert annimmt.
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Bei einer konstruktiv einfachen und kostengünstig herstellbaren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems greift bei Vorliegen des zweiten Schaltzustandes der Schaltventileinrichtung am Regelventilschieber eine den Regelventilschieber in Richtung einer Stellung, in der der Betätigungsdruck gleich dem Systemdruck ist, führende Gesamtkraftkomponente an, die zumindest einer Summe aus einer zu einem an einer zweiten Wirkfläche des Regelventilschiebers anliegenden Drucksignal äquivalenten ersten Kraftkomponente und einer zu dem an der ersten Wirkfläche des Regelventilschiebers anliegenden Betätigungsdruck äquivalenten zweiten Kraftkomponente entspricht.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist der Betätigungsdruck des Schaltelementes im zweiten Schaltzustand der Schaltventileinrichtung als Drucksignal von der Regelventileinrichtung über die Schaltventileinrichtung auf die zweite Wirkfläche des Regelventilschiebers rückgeführt. Damit ist der Betätigungsdruck des Schaltelementes auf bauraum- und kostengünstige Art und Weise ohne zusätzlichen Drucksteller betriebszustandsabhängig auf das für einen schlupffreien Betrieb des Schaltelementes erforderliche Druckniveau anhebbar.
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Liegt der Systemdruck im zweiten Schaltzustand der Schaltventileinrichtung als Drucksignal an der zweiten Wirkfläche des Regelventilschiebers an, wird die Regelventileinrichtung sicher übersteuert und die Regelfunktion der Regelventileinrichtung deaktiviert, womit der Betätigungsdruck des Schaltelementes oberhalb des an der ersten Wirkfläche anlegbaren Vorsteuerdruckwertes nicht mehr geregelt wird, sondern dem Systemdruck entspricht und in zugeschaltetem Betriebszustand sicher schlupffrei betrieben wird.
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Liegen hingegen im zweiten Schaltzustand der Schaltventileinrichtung der Betätigungsdruck des Schaltelementes oder der Vorsteuerdruck der Regelventileinrichtung als Drucksignal an der zweiten Wirkfläche des Regelventilschiebers an, wird die Regelventileinrichtung im zweiten Schaltzustand der Schaltventileinrichtung sicher übersteuert und die Regelfunktion der Regelventileinrichtung deaktiviert sowie das Schaltelement mit dem für den schlupffreien Betrieb des Schaltelementes in zugeschaltetem Betriebszustand erforderlichen Betätigungsdruck beaufschlagt.
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Bei einer bauraum- und kostengünstigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist der Vorsteuerdruck der Schaltventileinrichtung und der Regelventileinrichtung über eine gemeinsame Druckreglereinrichtung einstellbar.
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Ist ein Druckregelventilschieber der Druckregeleinrichtung koaxial zum Schaltventilschieber und zum Regelventilschieber in der gemeinsamen Bohrung angeordnet, ist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem besonders bauraumgünstig ausgeführt.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei in der Beschreibung der verschiedenen Ausführungsbeispiele zugunsten der Übersichtlichkeit für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Es zeigen:
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1 einen Teil einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems;
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2 eine 1 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems;
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3 eine 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems;
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4 eine detailliertere Einzeldarstellung einer Regelventileinrichtung und einer Schaltventileinrichtung des Hydrauliksystems gemäß 1, wobei ein Regelventilschieber der Regelventileinrichtung und ein Schaltventilschieber der Schaltventileinrichtung in einer gemeinsamen Bohrung koaxial zueinander längsbeweglich angeordnet sind;
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5 eine Anschlageinrichtung für den Regelventilschieber und für den Schaltventilschieber aus einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht IV in Alleinstellung; und
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6 ein beispielhaftes Steuerschema mit mehreren Hydrauliksystemen gemäß 3 für ein elektrohydraulisch gesteuertes Automatgetriebe.
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1 zeigt einen Teil eines ersten Ausführungsbeispieles eines Hydrauliksystems 1 zum Betätigen eines Schaltelementes 2 einer Getriebeeinrichtung, wobei das Schaltelement 2 vorliegend eine hydraulisch betätigbare reibschlüssige Kupplung der Getriebeeinrichtung ist. In Abhängigkeit eines am Schaltelement 2 anlegbaren Betätigungsdruckes p2 ist eine Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes 2 zwischen einem Wert gleich Null und einem maximalen Wert variierbar.
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Der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 ist über eine vorsteuerbare Regelventileinrichtung 3 und eine damit wirkverbundene und ebenfalls vorsteuerbare Schaltventileinrichtung 4 einstellbar. Dabei ist der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 über die Regelventileinrichtung 3 innerhalb eines definierten Vorsteuerdruckbereiches und bei Vorliegen eines ersten in 1 dargestellten Schaltzustandes der Schaltventileinrichtung 4 regelbar. Oberhalb eines an einer ersten Wirkfläche 5 eines Schaltventilschiebers 6 der Schaltventileinrichtung 4 anliegenden Vorsteuerdruckwertes weist die Schaltventileinrichtung 4 einen zweiten Schaltzustand auf, zu dem der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 einem an der Regelventileinrichtung 3 anlegbaren Systemdruck p_sys entspricht.
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Der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 ist an einer ersten Wirkfläche 7 eines Regelventilschiebers 8 der Regelventileinrichtung 3 in einer dem Betätigungsdruck p2 reduzierenden Wirkrichtung anlegbar. Die erste Wirkfläche 7 des Regelventilschiebers 8, an der der Betätigungsdruck p2 anlegbar ist, ist vorliegend eine Differenzfläche zwischen zwei einen reduzierten Durchmesserbereich 9 des Regelventilschiebers 8 in axialer Richtung begrenzenden Wirkflächen 10, 11 des Regelventilschiebers 8, über die der Betätigungsdruck p2 gemeinsam mit Schaltzungen 12, 13 einstellbar ist.
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Das bedeutet, dass die Wirkfläche 7 einer Differenzfläche bzw. einer Rückkoppelfläche entspricht, die sich aus der Differenz zwischen einem ersten Bund 8A des Regelventilschiebers 8 und einer Wirkfläche eines zweiten Bundes 8B des Regelventilschiebers 8 ergibt, wobei der erste Bund 8A einen größeren Durchmesser aufweist als der zweite Bund 8B.
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Bei Vorliegen eines zweiten Schaltzustandes der Schaltventileinrichtung 4 greift am Regelventilschieber 8 eine den Regelventilschieber 8 in Richtung einer Schieberstellung, in der der Betätigungsdruck p2 gleich dem Systemdruck p_sys ist, führende Gesamtkraftkomponente an, die zumindest einer Summe aus einer zu einem an einer zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 anliegenden Drucksignal p_VS äquivalenten ersten Kraftkomponente und einer zu dem an der ersten Wirkfläche 7 des Regelventilschiebers 8 anliegenden Betätigungsdruck p2 äquivalenten zweiten Kraftkomponente sowie einer am Regelventilschieber 8 angreifenden Federkraft einer Federeinrichtung 15 entspricht, wobei die Federkraft der Federeinrichtung 15 vorliegend auf die grundsätzliche Funktion der Regelventileinrichtung 3 keinen Einfluss hat, sondern lediglich eine Verschiebung des Arbeitsbereiches der Regelventileinrichtung 3 bewirkt.
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Neben der Schaltventileinrichtung 4 und der Regelventileinrichtung weist das Hydrauliksystem 1 eine Druckreglereinrichtung 16 auf, in deren Bereich der Vorsteuerdruck p_VS in Abhängigkeit elektrischer Steuersignale gesteuert vorgegeben wird.
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Im drucklosen Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 werden der Schaltventilschieber 6 von einem an einer Wirkfläche 17 des Schaltventilschiebers 6 anliegenden Reduzierdruck p_red und der Regelventilschieber 8 von der Federeinrichtung 15 jeweils in eine definierte Ausgangsstellung verschoben, wobei vorliegend unter drucklosem Zustand des Hydrauliksystems 1 im Wesentlichen ein von der Druckreglereinrichtung 16 ausgegebener Vorsteuerdruckwert von im Wesentlichen gleich Null verstanden wird. Der Reduzierdruck p_red liegt an der Druckregeleinrichtung 16 an und stellt den Versorgungsdruck der Druckreglereinrichtung 16 dar. In Abhängigkeit einer Bestromung der Druckreglereinrichtung 16 nimmt der Vorsteuerdruck p_VS Werte zwischen Null und dem Versorgungsdruck bzw. dem Reduzierdruck p_red als Maximalwert an. Im vorgenannten drucklosen Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 wird ein an der Regelventileinrichtung 3 im Bereich einer weiteren Schaltzunge 18 anliegender Vorbefülldruck p_VB als Betätigungsdruck p2 über die Regelventileinrichtung 3 in Richtung des Schaltelementes 2 weitergeleitet und ein Entleeren des Schaltelementes 2, das sich bei Anliegen des Vorbefülldruckes p_VB in geöffnetem Betriebszustand befindet, vermieden.
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Wird der Vorsteuerdruck p_VS über die Druckreglereinrichtung 16 innerhalb des vordefinierten Vorsteuerdruckbereiches eingestellt, der unterhalb des Vorsteuerdruckwertes liegt, zu dem die Schaltventileinrichtung 4 vom ersten in 1 dargestellten Schaltzustand in den zweiten vollständig umgeschobenen Schaltzustand übergeht, liegt auch der Vorsteuerdruck p_VS an der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 an und verschiebt den Regelventilschieber 8 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 15. Mit zunehmendem Verschiebeweg des Regelventilschiebers 8 wird die Schaltzunge 12, an der der Systemdruck p_sys anliegt, zunehmend mit der Schaltzunge 13 verbunden, über die eine Schaltzunge 19 der Schaltventileinrichtung 4 mit dem im Bereich der Regelventileinrichtung 3 geregelt einstellbaren Druck beaufschlagt wird. Der im Bereich der Schaltzunge 19 der Schaltventileinrichtung 4 anliegende und über die Regelventileinrichtung 3 geregelt eingestellte Druck wird in der ersten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 über eine weitere Schaltzunge 20 der Schaltventileinrichtung 4 als Betätigungsdruck p2 in Richtung des Schaltelementes 2 weitergeleitet.
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Mit Öffnen der Schaltzunge 12 der Regelventileinrichtung 3 liegt an der Differenzfläche 7 des Regelventilschiebers 8 ein vom Systemdruck p_sys und der Stellung des Regelventilschiebers 8 abhängiger Druck an, der den Regelventilschieber 8 entgegen dem an der zweiten Wirkfläche 14 anliegenden Vorsteuerdruck p_VS in einem den Betätigungsdruck p2 reduzierenden Umfang verschiebt, bis am Regelventilschieber 8 ein Kräftegleichgewicht vorliegt. Über das sich jeweils einstellende und am Regelventilschieber 8 angreifende Kräftegleichgewicht regelt die Regelventileinrichtung 3 innerhalb des vordefinierten Vorsteuerdruckbereiches den jeweils über den Vorsteuerdruck p_VS vorgegebenen Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2, wobei bei kontinuierlicher Erhöhung des Vorsteuerdrucks p_VS der Betätigungsdruck p2 proportional erhöht wird.
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Um das Schaltelement 2 in vordefinierten Betriebszuständen der Getriebeeinrichtung schlupffrei betreiben zu können, soll der Betätigungsdruck p2 nur bis hin zu einem definierten Druckniveau des Vorsteuerdruckes p_VS über die Regelventileinrichtung 3 regelbar sein. Darüber hinaus soll der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 dem Systemdruck p_sys entsprechen.
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Hierfür schaltet die Schaltventileinrichtung 4 oberhalb des definierten Vorsteuerdruckwertes des Vorsteuerdruckes p_VS ausgehend von der in 1 dargestellten ersten Schaltstellung entgegen des an der Wirkfläche 17 des Schaltventilschiebers 6 anliegenden Reduzierdruckes p_red um. Hierfür ist die Wirkfläche 5 des Schaltventilschiebers 6 größer als die Wirkfläche 17 ausgeführt. In der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 wird der im Bereich der Schaltventileinrichtung 4 an einer weiteren Schaltzunge 21 der Schaltventileinrichtung 4 anliegende Systemdruck p_sys über die Schaltzunge 20 der Schaltventileinrichtung 4 direkt in Richtung des Schaltelements 2 weitergeleitet. Gleichzeitig ist die Schaltzunge 19 in der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4, in deren Bereich der über die Regelventileinrichtung 3 geregelt eingestellte Druck anliegt, vom Schaltventilschieber 6 gesperrt. Das bedeutet, dass der Betätigungsdruck p2 in der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4, in der die Regelventileinrichtung nicht im hydraulischen Versorgungspfad des Schaltelementes 2 angeordnet ist, dem Systemdruck p_sys entspricht, obwohl die Regelfunktion der Regelventileinrichtung 3 nach wie vor aktiv ist. Damit weist das Schaltelement 2 im letztgenannten Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 seine volle Übertragungsfähigkeit auf und ist schlupffrei betreibbar.
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2 zeigt eine 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles des Hydrauliksystems 1, dessen grundsätzlicher Aufbau dem ersten Ausführungsbeispiel des Hydrauliksystems gemäß 1 entspricht, weshalb in der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsformen eingegangen wird und bezüglich der weiteren Funktionsweise des Hydrauliksystems gemäß 2 auf die Beschreibung zu 1 verwiesen wird.
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Bei dem Hydrauliksystem 1 gemäß 2 liegt der Vorsteuerdruck p_VS nicht direkt an der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 an, sondern wird im ersten in 2 dargestellten Schaltzustand der Schaltventileinrichtung 4 von der Schaltzunge 19 und die dann damit verbundene weitere Schaltzunge 20 in Richtung der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 weitergeleitet und verschiebt den Regelventilschieber 8 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 15, wobei mit zunehmendem Verschiebeweg des Regelventilschiebers 8 die Schaltzunge 12 der Regelventileinrichtung 3, an der der Systemdruck p_sys anliegt, zunehmend mit der Schaltzunge 13 der Regelventileinrichtung 13 verbunden wird, über die das Schaltelement 2 mit dem im Bereich der Regelventileinrichtung 3 geregelt einstellbaren Betätigungsdruck p2 beaufschlagt wird.
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Mit Öffnen der Schaltzunge 12 der Regelventileinrichtung 3 liegt an der Differenzfläche 7 des Regelventilschiebers 8 ein vom Systemdruck p_sys und der Stellung des Regelventilschiebers 8 abhängiger Druck, der den Regelventilschieber 8 entgegen dem an der zweiten Wirkfläche 14 anliegenden Vorsteuerdruck p_VS in einem den Betätigungsdruck p2 reduzierenden Umfang verschiebt, bis am Regelventilschieber 8 ein Kräftegleichgewicht vorliegt. Über das sich jeweils einstellende und am Regelventilschieber 8 angreifende Kräftegleichgewicht regelt die Regelventileinrichtung 3 innerhalb des vordefinierten Vorsteuerdruckbereiches den jeweils über den Vorsteuerdruck p_VS vorgegebenen Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2, wobei bei kontinuierlicher Erhöhung des Vorsteuerdruckes p_VS der Betätigungsdruck p2 proportional erhöht wird.
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Auch über das Hydrauliksystem 1 gemäß 2 soll das Schaltelement 2 in vordefinierten Betriebszuständen der Getriebeeinrichtung schlupffrei betrieben werden. Hierfür soll der Betätigungsdruck p2 nur bis hin zu einem definierten Druckniveau des Vorsteuerdruckes p_VS über die Regelventileinrichtung 3 regelbar sein. Darüber hinaus soll der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 dem Systemdruck p_sys entsprechen.
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Hierfür schaltet die Schaltventileinrichtung 4 oberhalb des definierten Vorsteuerdruckwertes des Vorsteuerdruckes p_VS ausgehend von der in 2 dargestellten ersten Schaltstellung in seine zweite vollständig umgeschobene Schaltstellung um, in der der Vorsteuerdruck p_VS über die Schaltventileinrichtung 4 nicht mehr als Drucksignal p14 in Richtung der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 angelegt wird. In der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 wird der an der Schaltzunge 12 der Regelventileinrichtung 3 anliegende Systemdruck p_sys über die Schaltzunge 21 der Schaltventileinrichtung 4 in Richtung der Schaltzunge 19 der Schaltventileinrichtung 4 weitergeleitet und über die in der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 mit der Schaltzunge 19 verbundene weitere Schaltzunge 20 der Schaltventileinrichtung 4 als Drucksignal p14 in Richtung der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 der Regelventileinrichtung 3 durchgeschaltet. Der Systemdruck p_sys bewirkt über die zweite Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 gegenüber der Federkraft der Federeinrichtung 15 und dem an der Differenzfläche 7 angreifenden Systemdruck p_sys einen derart großen Kraftüberschuss, dass der Regelventilschieber 8 der Regelventileinrichtung 3 seine Regelfunktion verliert und der Betätigungsdruck p2 dem Systemdruck p_sys entspricht und am Schaltelement 2 anliegt. Damit weist das Schaltelement 2 im letztgenannten Betriebszustand des Hydrauliksystems 1 gemäß Punkt 2 ebenfalls seine volle Übertragungsfähigkeit auf und ist schlupffrei betreibbar.
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3 zeigt eine 1 entsprechende Darstellung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems 1, dessen grundsätzliche Funktion, nämlich unterhalb des vordefinierten Vorsteuerdruckwertes des Vorsteuerdruckes p_VS den Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 über die Regelventileinrichtung 3 geregelt einzustellen und oberhalb des vordefinierten Vorsteuerdruckwertes mit dem Systemdruck p_sys zu beaufschlagen, um das Schaltelement 2 im Wesentlichen schlupffrei betreiben zu können, der Funktionsweise des Hydrauliksystems gemäß 1 und 2 entspricht. Aus diesem Grund wird in der Beschreibung zu 3 wiederum im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zu den Hydrauliksystemen 1 gemäß 1 und 2 näher eingegangen und bezüglich der weiteren Funktionsweise des Hydrauliksystems 1 gemäß 3 auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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In der in 3 gezeigten ersten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 wird der im Bereich der Regelventileinrichtung 3 geregelt eingestellte Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 über die Schaltzunge 19 und die Schaltzunge 20 in Richtung einer weiteren Schaltzunge 22 der Regelventileinrichtung 3 an der ersten Wirkfläche 7 des Regelventilschiebers 8 in einer den Betätigungsdruck p2 reduzierenden Art und Weise und dem Vorsteuerdruck p_VS, der an der zweiten Wirkfläche 14 des Regelventilschiebers 8 anliegt, entgegen gerichtet angelegt, womit die Regelfunktion der Regelventileinrichtung 3 aktiviert ist. Die Durchmesser der Bunde 8A und 8B sowie die Wirkflächen 10 und 11 des Regelventilschiebers 8 sind gleich groß und die Wirkfläche 7 des Regelventilschiebers 8 ist auf einer dem reduzierten Durchmesserbereich 9 des Regelventilschiebers 8 abgewandten Seite des Bundes 8B vorgesehen.
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Oberhalb des definierten Vorsteuerdruckwertes des Vorsteuerdruckes p_VS wird die Schaltventileinrichtung 4 aus ihrem in 3 dargestellten ersten Schaltzustand in ihren zweiten Schaltzustand umgeschaltet, zu dem die Schaltzunge 19 der Schaltventileinrichtung 4 vom Schaltventilschieber 6 von der weiteren Schaltzunge 20 der Schaltventileinrichtung 4 getrennt ist. Dies führt dazu, dass der Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 über die weitere Schaltzunge 20 nicht länger an der weiteren Schaltzunge 22 der Regelventileinrichtung 3 anliegt und der Vorsteuerdruck p_VS den Regelventilschieber 8 entgegen der Federkraft der Federeinrichtung 15 vollständig umschiebt. In diesem vollständig umgeschobenen Betriebszustand der Regelventileinrichtung 3 wird der an der Schaltzunge 12 anliegende Systemdruck p_sys in voller Höhe als Betätigungsdruck p2 in Richtung des Schaltelementes 2 weitergeleitet und das Schaltelement 2 schlupffrei betrieben. Gleichzeitig wird der an der Schaltzunge 22 anliegende Druck in der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 über die Schaltzunge 20 und eine in der zweiten Schaltstellung der Schaltventileinrichtung 4 damit verbundene weitere Schaltzunge 23 entlüftet, womit das Deaktivieren der Regelfunktion der Regelventileinrichtung 3 nicht in unerwünschtem Umfang behindert wird.
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Die Federeinrichtung 15 der Regelventileinrichtung 3 ist vorliegend bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen bauraumgünstig als innenliegende Schraubenfeder ausgeführt. Um die Hydrauliksysteme 1 gemäß 1 bis 3 darüber hinaus mit möglichst kompakter Bauweise darstellen zu können, sind der Regelventilschieber 8 und der Schaltventilschieber 6 in der in 4 näher dargestellten Art und Weise, die eine Ausführung des Hydrauliksystems 1 gemäß 1 zeigt, in einer gemeinsamen Bohrung 24 des Gehäuses 25 des Hydrauliksystems 1 gegenläufig längsbeweglich sowie koaxial zueinander angeordnet und im Bereich der einander zugewandten Wirkflächen 5 und 14 bzw. Steuerflächen über einen gemeinsamen Druckraum 26 mit dem ein Drucksignal darstellenden Vorsteuerdruck p_VS in vorbeschriebener Art und Weise beaufschlagbar. Eine weitere Reduzierung des Bauraumbedarfes wird dadurch erreicht, dass auch ein Druckregelventilschieber 27 der Druckregeleinrichtung 16 koaxial zum Schaltventilschieber 6 und zum Regelventilschieber 8 in der gemeinsamen Bohrung 24 angeordnet ist.
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Zwischen dem Regelventilschieber 8 und dem Schaltventilschieber 6 ist im Bereich des gemeinsamen Druckraumes 26 eine Anschlageinrichtung 28 als Wegbegrenzung vorgesehen. Über die in 5 in einer in 4 näher gekennzeichneten Ansicht IV gezeigte Anschlageinrichtung 28 wird sichergestellt, dass der Regelventilschieber 8 und der Schaltventilschieber 6 nicht über den vorgesehenen Verschiebeweg hinaus verfahrbar sind und sich somit nicht gegenseitig beeinflussen. Des Weiteren wird über die Anschlageinrichtung 28 gewährleistet, dass der Regelventilschieber 8 und der Schaltventilschieber 6 bei Vorliegen eines Vorsteuerdruckes p_VS gleich Null eine definierte Ausgangslage einnehmen.
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Die Anschlageinrichtung 28 umfasst vorliegend ein Anschlagblech 29, welches sich in den Querschnitt des gemeinsamen Druckraumes 26 erstreckt und in 4 sowohl in einer Vormontagestellung als auch in einer Endmontagestellung gezeigt ist. In der Vormontagestellung schlägt das Anschlagblech 29 mit einem Federarm 30 an einer Taschenkante 31 an. Zum Überführen des Anschlagbleches 29 in seine Endmontagestellung wird auf das Anschlagblech 29 eine radiale Kraft aufgebracht und in den gemeinsamen Druckraum 26 eingeschoben, wobei das Anschlagblech 29 in der Endmontagestellung an einer Taschenfläche 32 außerhalb der Schnittebene des gemeinsamen Druckraumes 26 anschlägt.
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Das Hydrauliksystem 1 gemäß 1 ist zudem bauraumgünstig ausgeführt, da die Schaltventileinrichtung 4 in der in 4 näher dargestellten Art und Weise einen mit dem Schaltventilschieber 4 zusammen wirkenden Zusatzkolben 33 aufweist, in dessen Bereich die mit dem Reduzierdruck p_red beaufschlagbare Wirkfläche 17 ausgebildet ist, die kleiner als die Wirkfläche 5 des Schaltventilschiebers 6 ist. Über den Zusatzkolben 33 ist im Bereich der Schaltventileinrichtung 4 eine Übersetzung zwischen den Ansteuerflächen 5 und 17 größer Eins realisierbar und es sind über den Zusatzkolben 33 am Schaltventilschieber 6 angreifende Querkräfte, die aus koaxialen Geometriefehlern resultieren, nahezu eliminierbar, da Verzwängungen durch einen radialen Versatz zwischen den Symmetrieachsen des Schaltventilschiebers 6 und des Zusatzkolbens vermieden werden.
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Der Zusatzkolben 33 ist vorliegend in einer Dichthülse 34 koaxial zum Schaltventilschieber 6 längsbeweglich geführt. Dabei liegt der Reduzierdruck p_red an einer Stirnfläche 36 der Dichthülse 34 an und wird über einen Kanal 37 der Dichthülse 34 in das Innere der Dichthülse 34 und somit an der Wirkfläche 17 des Zusatzkolbens 33 angelegt. Über das zwischen der Wirkfläche 5 und der Wirkfläche 17 einstellbare Übersetzungsverhältnis ist der Betätigungsdruck der Schaltventileinrichtung 4 auf einfache Art und Weise an den jeweils vorliegenden Anwendungsfall anpassbar und auslegbar.
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Bei allen in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems 1 ist eine den Betätigungsdruck p2 des Schaltelementes 2 führende Zuführleitung 38 stromab der Regelventileinrichtung 3 und auch stromab der Schaltventileinrichtung 4 mit einer Blendeneinrichtung 39 ausgebildet, womit eine temperaturabhängige Regelgüte des Betätigungsdruckes p2 des Schaltelementes 2 insbesondere während schneller Betätigungen des Schaltelementes 2 auf einfache Art und Weise bauraum- und kostengünstig im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen verbessert ist.
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Die Anwendung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist weder beschränkt auf die Anwendung in einem bestimmten elektrohydraulisch gesteuerten Getriebe oder Getriebetyp noch auf die Verwendung für eine bestimmte konstruktive Schaltelement-Ausführung.
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Beispielhaft für eine mögliche Praxisanwendung ist in 6 ein Steuerschema für ein elektrohydraulisch gesteuertes Automatgetriebe mit fünf Schaltelementen dargestellt, in dem mehrere erfindungsgemäße Ventilanordnungen vorgesehen sind. Die fünf unabhängig voneinander hydraulisch betätigbaren Schaltelemente sind mit A bis D bezeichnet. Für jedes der drei Schaltelemente C, D und E ist ein eigenes Hydrauliksystem gemäß 3 vorgesehen. Dem Schaltelement C sind die Regelventileinrichtung 3C, die Schaltventileinrichtung 4C und die Druckreglereinrichtung 16C zugeordnet, wobei der Vorsteuerdruck dieser Druckreglereinrichtung 16C mit p_VSC und der auf das Schaltelement C wirkende Betätigungsdruck mit p2C bezeichnet sind. Dem Schaltelement D sind die Regelventileinrichtung 3D, die Schaltventileinrichtung 4D und die Druckreglereinrichtung 16D zugeordnet, wobei der Vorsteuerdruck dieser Druckreglereinrichtung 16D mit p_VSD und der auf das Schaltelement D wirkende Betätigungsdruck mit p2D bezeichnet sind. Dem Schaltelement E sind die Regelventileinrichtung 3E, die Schaltventileinrichtung 4E und die Druckreglereinrichtung 16E zugeordnet, wobei der Vorsteuerdruck dieser Druckreglereinrichtung 16E mit p_VSE und der auf das Schaltelement E wirkende Betätigungsdruck mit p2E bezeichnet sind. Auch für die hydraulische Ansteuerung der beiden Schaltelemente A und B sind jeweils Ventilsysteme vorgesehen, die aus dem Hydrauliksystem gemäß 3 abgeleitet sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2
- Schaltelement
- 3, 3C, 3D, 3E
- Regelventileinrichtung
- 4, 4C, 4D, 4E
- Schaltventileinrichtung
- 5
- erste Wirkfläche des Schaltventilschiebers der Schaltventileinrichtung
- 6
- Schaltventilschieber
- 7
- erste Wirkfläche des Regelventilschiebers der Regelventileinrichtung
- 8
- Regelventilschieber der Regelventileinrichtung
- 8A, 8B
- Bund des Regelventilschiebers der Regelventileinrichtung
- 9
- reduzierter Durchmesserbereich
- 10, 11
- Wirkfläche
- 12, 13
- Schaltzunge
- 14
- zweite Wirkfläche des Regelventilschiebers der Regelventileinrichtung
- 15
- Federeinrichtung
- 16, 16C, 16D, 16E
- Druckreglereinrichtung
- 17
- Wirkfläche des Schaltventilschiebers
- 18
- weitere Schaltzunge der Regelventileinrichtung
- 19
- Schaltzunge der Schaltventileinrichtung
- 20
- weitere Schaltzunge der Schaltventileinrichtung
- 21
- weitere Schaltzunge der Schaltventileinrichtung
- 22
- Schaltzunge der Regelventileinrichtung
- 23
- Schaltzunge der Schaltventileinrichtung
- 24
- gemeinsame Bohrung
- 25
- Gehäuse
- 26
- gemeinsamer Druckraum
- 27
- Druckregler, Ventilschieber
- 28
- Anschlageinrichtung
- 29
- Anschlagblech
- 30
- Federarm
- 31
- Taschenkante
- 32
- Taschenfläche
- 33
- Zusatzkolben
- 34
- Dichthülse
- 35
- Bohrung der Dichthülse
- 36
- Stirnfläche der Dichthülse
- 37
- Kanal der Dichthülse
- 38
- Zuführleitung des Schaltelementes
- 39
- Blendeneinrichtung
- p2, p2C, p2D, p2E
- Betätigungsdruck
- p14
- Drucksignal
- p_red
- Reduzierdruck
- p_sys
- Systemdruck
- p_VB
- Vorbefülldruck
- p_VS, p_VSC, p_VSD, pVSE
- Vorsteuerdruck
- A, B, C, D, E
- Schaltelemente eines Automatgetriebes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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