Ventilblock / Mechatronik

Entstehung und Anwendung.

Der Ventilblock, auch bekannt als Ventilkörper, hydraulisches Steuergerät oder in modernen Entwicklungen als Mechatronik bezeichnet, ist eine Schlüsselkomponente im Steuerungssystem von Automatikgetrieben. Seine Geschichte ist eng mit der Entwicklung des Automatikgetriebes selbst verbunden, die Anfang des 20. Jahrhunderts begann.

Die ersten Automatikgetriebe kamen in den 1930er Jahren auf den Markt. Im Jahr 1939 führte General Motors das Hydra-Matic-Getriebe ein, das als erstes in Serie hergestelltes Automatikgetriebe gilt. Schon damals war der Ventilblock ein integraler Bestandteil des Getriebes, der den Fluss des Hydrauliköls steuerte.

In den folgenden Jahrzehnten wurden Automatikgetriebe kontinuierlich weiterentwickelt. Es wurden mehr Gänge eingeführt, und die Ventilblöcke wurden immer komplexer. In den 1950er Jahren begannen die Ventilblöcke, eine größere Anzahl von Ventilen zu enthalten, die den Druck der Hydraulikflüssigkeit in den verschiedenen Getriebeteilen steuerten und so sanftere und präzisere Gangwechsel ermöglichten.

In den 1960er und 1970er Jahren wurden die ersten elektronischen Komponenten für Automatikgetriebe eingeführt. Elektronische Steuermodule begannen, in Verbindung mit Ventilblöcken zu arbeiten und ermöglichten eine präzisere und effizientere Steuerung des Getriebebetriebs. Die Ventilblöcke wurden in dieser Zeit immer komplexer und enthielten mehr Ventile und kompliziertere Strömungskanäle für die Hydraulikflüssigkeit.

In den 1980er und 1990er Jahren führte die Entwicklung der Mikroprozessortechnik zu einer noch stärkeren Integration von Elektronik in Automatikgetrieben. Elektronische Steuergeräte (TCUs - Transmission Control Units) übernahmen zunehmend die Steuerungsfunktionen, die zuvor von mechanischen oder pneumatischen Ventilen und Einstellvorrichtungen ausgeführt worden waren. Obwohl die Elektronik eine größere Rolle übernahm, blieb der Ventilblock weiterhin ein zentraler Bestandteil des Getriebes, dessen Design an die Arbeit mit hochentwickelten elektronischen Systemen angepasst werden musste.

Heute sind Automatikgetriebe komplexe Systeme, bei denen Ventilblöcke eng mit elektronischen Steuermodulen zusammenarbeiten oder direkt in diese integriert sind, wie bei der Mechatronik. Moderne Ventilblöcke und Mechatroniken sind mit einer Vielzahl von Sensoren und präzise gesteuerten Magnetventilen ausgestattet, die den Fluss des Hydrauliköls basierend auf Signalen aus dem Steuergerät steuern. Dies ermöglicht sehr sanfte und schnelle Gangwechsel sowie einen geringeren Kraftstoffverbrauch und eine höhere Zuverlässigkeit.

Aufbau und Funktionsweise.

Der Ventilblock ist eine der wichtigsten Komponenten eines Automatikgetriebes, da er den Fluss der Hydraulikflüssigkeit und damit die Gangschaltung steuert. 

Der Ventilblock besteht in der Regel aus leichtem und korrosionsbeständigem Aluminiumguss. Einige der stärker belasteten Komponenten können aus robusteren Metalllegierungen bestehen. Das Gehäuse enthält zahlreiche Kanäle und Löcher, die den Fluss der Hydraulikflüssigkeit an die entsprechenden Stellen im Automatikgetriebe leiten. Im Inneren des Ventilblocks befinden sich zahlreiche Ventile verschiedener Art - Kugelventile, Schieberventile, Magnetventile. Diese sind für das Öffnen und Schließen der Hydraulikkanäle in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsdruck oder von elektrischen Signalen zuständig. Einige Ventile sind mit Federn unterschiedlicher Größe und Stärke ausgestattet, die die Ventile in der gewünschten Position halten oder sie in ihre ursprüngliche Position zurückkehren lassen, wenn der hydraulische Druck oder Strom abfällt. Jedes Ventil hat eine bestimmte Funktion, z. B. Schaltventile, Druckregelventile, Absperrventile. Dank der von der TCU gesteuerten Magnetventile ist es möglich, den Flüssigkeitsdruck in den einzelnen Kreisen präzise zu steuern. Die einzelnen Sektionen des Hydraulikblocks werden unter anderem durch eine so genannte Trennplatte getrennt und abgedichtet. Diese ist eine der Hauptkomponenten, die die Kanäle im Inneren des Ventilblocks abdichten. Heutige Ventilblöcke und Ventilinseln sind zudem mit Filtern unterschiedlicher Bauart ausgestattet, deren Aufgabe es ist, eventuelle Verunreinigungen im Öl aufzufangen. Neuere Konstruktionen von Ventilblöcken und mechatronischen Einheiten sind mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet, wie z. B. Eingangs- und Ausgangsdrehzahlsensoren, Getriebe- und Kupplungssensoren (DCT/DSG), Öldruck, Öltemperatur, usw.

Die Steuerung des Ventilblocks erfolgt durch die TCU, die auf Basis von Eingangssignalen von Sensoren den Zustand des Getriebes, des Motors und die Anforderungen des Fahrers überwacht. Je nach Getriebetyp steuern die Magnetventile nicht nur die Gangwechsel, sondern auch weitere Funktionen wie die Betätigung einzelner Kupplungen (DCT/DSG), die Aktivierung der Überbrückungskupplung im Drehmomentwandler, das Öffnen oder Schließen des Ölkühlkreislaufs oder die Aktivierung der Parksperre. Durch die präzise Steuerung des Hydraulikdrucks werden Aktuatoren wie Kolben, Kupplungen und Schaltgabeln bewegt, wodurch Gangwechsel oder andere Funktionen ausgelöst werden. 

Regenerationsprozess.

Der Regenerationsprozess eines Ventilblocks oder einer Mechatronik beginnt mit der Demontage und Vorreinigung. Anschließend werden alle Komponenten visuell auf sichtbare Schäden wie Risse, Verschleiß oder Korrosion geprüft. Falls keine schwerwiegenden Schäden vorliegen, wird der Ventilblock oder die Mechatronik mit neuen Dichtungen montiert und anschließend auf einem speziellen Prüfstand getestet. Wenn die Testergebnisse Abweichungen von den Spezifikationen zeigen, wird der Ventilblock zur gründlichen Überprüfung in seine Einzelteile zerlegt.

• Überprüfung der Ventile und Kanäle: Die Dichtheit der Hydraulikkreise wird kontrolliert. Bei festgestellten Undichtigkeiten kann eine Überarbeitung des Gehäuses und der Einsatz überdimensionierter Steuerventile erforderlich sein. Schwerwiegende mechanische oder elektronische Schäden erfordern möglicherweise den Austausch des gesamten Ventilblocks oder der Mechatronik.

• Elektrische/elektronische Fehler: Bei Problemen mit elektronischen Komponenten wie Sensoren oder Steuergeräten ist es manchmal möglich, die defekten Teile zu reparieren oder auszutauschen. Andernfalls kann ein vollständiger Austausch erforderlich sein. Nach dem Austausch wird das Steuergerät oder die Mechatronik-Einheit mittels Software-Klonen programmiert, sodass sie sofort betriebsbereit ist.

• Druckprüfung: Der überholte Ventilblock oder die Mechatronik wird einem Drucktest unterzogen, um sicherzustellen, dass alle Ventile und Kanäle unter dem korrekten Hydraulikdruck ordnungsgemäß funktionieren. Der Test wird unter simulierten realen Betriebsbedingungen durchgeführt, um eine einwandfreie Funktion über den gesamten Betriebsbereich zu gewährleisten.

Ursachen und Arten von Schäden

Symptome eines defekten Ventilblocks oder einer Mechatronik:

1. Verzögerte, ruckartige oder abrupte Gangwechsel
2. Keine oder eingeschränkte Gangschaltung
3. Fehlende oder verzögerte Reaktion beim Umschalten zwischen P-R-N-D-Modi
4. Ruckeln oder Stöße beim Umschalten zwischen P-R-N-D-Modi
5. Antriebsschlupf, bei dem der Motor hochdreht, das Fahrzeug jedoch nicht beschleunigt

Häufige Ausfälle von Ventilblock/Mechatronik:

1. Beschädigte oder verschlissene Ventile und Magnetventile
2. Undichte, verschlissene oder beschädigte Dichtungen
3. Mechanische Schäden wie Kratzer, Risse oder Verformungen
4. Probleme mit der Steuersoftware
5. Defekte elektronische Bauteile