Ventilblock / Mechatronik

Entstehung und Anwendung.

Der Ventilblock (auch als Ventilkörper, hydraulisches Steuergerät oder, in neueren Entwicklungen, als Mechatronik bezeichnet) ist eine Schlüsselkomponente im Steuerungssystem von Automatikgetrieben. Seine Geschichte ist eng mit der Entwicklung des Automatikgetriebes selbst verbunden, die zu Beginn des 20.

Die ersten Automatikgetriebe kamen in den 1930er Jahren auf. Im Jahr 1939 führte General Motors das Hydra-Matic-Getriebe ein, das als das erste in Serie gefertigte Automatikgetriebe gilt. Zu diesem Zeitpunkt war der Ventilblock bereits ein integraler Bestandteil des Getriebes und diente der Steuerung des Hydraulikölflusses.

In den folgenden Jahrzehnten wurden die Automatikgetriebe immer weiter entwickelt. 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 Teilen des Getriebes 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) begannen, die meisten Steuerfunktionen zu übernehmen, die zuvor von mechanischen oder pneumatischen Ventilen und Einstellvorrichtungen ausgeführt worden waren. Ventilblöcke spielten nach wie vor eine wichtige Rolle, aber ihr Design musste an die Arbeit mit fortschrittlichen elektronischen Systemen angepasst werden.

Die heutigen Automatikgetriebe sind komplexe Systeme, bei denen Ventilblöcke mit elektronischen Steuermodulen zusammenarbeiten oder in diese integriert sind. Ein Ventilblock, der in das elektronische Steuergerät eines Automatikgetriebes integriert ist, wird als Mechatronik bezeichnet. Moderne Ventilblöcke und Mechatroniken verfügen über eine Reihe von Sensoren und präzise gesteuerten Magnetventilen, mit denen der Fluss des Hydrauliköls auf der Grundlage von Signalen aus dem Steuergerät gesteuert wird. Dadurch lassen sich sehr sanfte und schnelle Gangwechsel sowie ein geringerer Kraftstoffverbrauch und eine höhere Zuverlässigkeit erzielen.

Aufbau und Funktionsweise.

Der Ventilblock ist eine der wichtigsten Komponenten eines Automatikgetriebes. Er steuert den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit und damit die Gangschaltung. 

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 unterschiedlicher 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.

Der Betrieb und die Steuerung der heutigen Ventilblöcke und Mechatronikeinheiten basiert auf der Verwendung von Eingangssignalen einer Reihe von Sensoren, die den Betriebszustand des Automatikgetriebes, des Motors und der Fahreranforderungen überwachen. Auf dieser Grundlage sendet die elektronische Getriebesteuerung TCU Steuersignale an die Magnetventile, um den entsprechenden Gang einzulegen. Je nach Getriebetyp können die Magnetventile weitere Funktionen übernehmen, wie die Steuerung einzelner Kupplungen (DCT/DSG), die Aktivierung der Lock-up-Kupplung im Wandler, das Öffnen oder Schließen des Ölkühlkreislaufs oder die Aktivierung der Parksperre. Durch entsprechende Lenkung des Ölstroms durch die verschiedenen Kanäle und Ventile verändert sich der Druck in den einzelnen Bereichen des Getriebes. Durch die Veränderung des Hydraulikdrucks werden Aktoren (z. B. Kolben, Kupplungen, Gabeln) in Bewegung gesetzt, was zu Gangwechseln oder zur Aktivierung anderer Funktionen führt. 

Regenerationsprozess.

Der Ventilblock oder die Mechatronik wird demontiert und einer Vorreinigung unterzogen. Alle Komponenten werden visuell auf sichtbare Schäden wie Risse, Verschleiß oder Korrosion geprüft. Liegen keine derartigen Schäden vor, wird der Block/die Mechatronik mit neuen Dichtungen montiert und anschließend auf einem speziellen Prüfstand getestet. Ist die Abweichung von den geforderten Werten zu groß, wird der Block bzw. die Mechatronik zur gründlichen Überprüfung in seine Einzelteile zerlegt. Ventile und Kanäle des Hydraulikblocks werden gründlich überprüft, und die Dichtheit der einzelnen Hydraulikkreise wird kontrolliert. Wenn keine Leckage vorhanden ist, kann sie durch die Bearbeitung eines Lochs im Blockgehäuse und die Verwendung eines überdimensionierten Steuerventils behoben werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den beschädigten Teil des Blockgehäuses zu ersetzen oder einen kompletten, fabrikneuen Ventilblock/Mechatronik zu verwenden. Eine dieser Lösungen ist erforderlich, wenn ein schwerer mechanischer oder elektronischer Schaden am Ventilblock/der Mechatronik vorliegt.

Eine andere Art von Schäden sind elektrische/elektronische Fehler. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Probleme mit elektronischen Komponenten des Systems wie Sensoren oder dem Steuergerät des Automatikgetriebes auftreten. In einigen Fällen ist es möglich, die fehlerhaften Komponenten zu ersetzen oder zu reparieren. Ist dies nicht möglich, besteht die einzige Lösung darin, das Steuergerät oder den gesamten Ventilblock/Mechatronik durch ein neues zu ersetzen. Nach dem Austausch des Steuergeräts gegen ein anderes führen wir einen Software-Klonvorgang durch, so dass das nächste Steuergerät sofort richtig programmiert und betriebsbereit ist.

Der überholte Ventilblock/die Mechatronik wird einem Drucktest unterzogen, um zu prüfen, ob alle Ventile und Kanäle unter dem korrekten Hydraulikdruck korrekt funktionieren. Der Test findet unter realen Betriebsbedingungen statt, wobei verschiedene Fahrszenarien simuliert werden, um sicherzustellen, dass der Block über den gesamten Betriebsbereich korrekt funktioniert.

Ursachen und Arten von Schäden

Symptome, die auf einen defekten Ventilblock/Mechatronik hinweisen können:

1. Mangel an reibungslosen Schaltvorgängen - Verzögerungen, Ruckeln oder zu abrupte Schaltvorgänge.
2. Keine Gangschaltung oder begrenzte Gangschaltung, keine Gänge.
3. Keine Reaktion oder verzögerte Reaktion beim Umschalten zwischen den P-R-N-D-Modi.
4. Ruckeln oder Stöße beim Umschalten zwischen den P-R-N-D-Modi.
5. Mangelnde Kraftübertragung - der Motor dreht hoch, aber das Fahrzeug springt nicht an.

Die häufigsten Ausfälle von Ventilblock/Mechatronik sind:

1. Beschädigte oder verschlissene Ventile, Magnetventile.
2. Undichte, verschlissene oder beschädigte Dichtungen.
3. Mechanische Schäden - Kratzer, Risse, Verformungen.
4. Probleme mit der Treibersoftware.
5. Probleme mit elektronischen Bauteilen.