DE1037793B

DE1037793B - Verteiler fuer eine unter Druck gehaltene Fluessigkeit

Info

Publication number: DE1037793B
Application number: DE1954P0012703
Authority: DE
Inventors: Erich Friedrich Puls
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-09-16
Filing date: 1954-09-15
Publication date: 1958-08-28

Description

Verteiler für eine unter Druck gehaltene Flüssigkeit Die Erfindung befaßt sich mit einem Verteiler für unter Druck stehende Flüssigkeiten. Er dient dazu, den Zufluß und den Rückfluß eines Druckmittels, beispielsweise des von einer Pumpe gelieferten Drucköls, zu steuern, indem er entsprechend seiner jeweiligen Stellung einerseits das Druckmittel in Druckkammern leitet, in denen es eine Arbeit verrichtet, andererseits von diesen Druckkammern in den Ölsumpf zurückführt, wobei es sich entspannt und von der Pumpe wieder angesaugt werden kann. Die Druckkammern können beispielsweise aus Hohlzylindern mit Arbeitskolben bestehen, mittels welchen die Gangstufen eines mehrgängigen Getriebes ein- und ausgeschaltet werden. Der Verteiler gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen besonders leichten Gang aus.
Es sind rotierende Verteiler bekannt, deren Drehbewegung durch das Druckmittel hervorgerufen wird. Diese Verteiler können nur gleichlaufende Arbeitsgänge ausführen. Auch sind Axialverteiler bekannt, bei denen durch eine Drehbewegung das Druckmittel zur axialen Verschiebung des Verteilerkolbens gesteuert wird. Diese Verteiler benötigen eine aufwendige Konstruktion, und ihre Betätigung bedarf großer Kräfte.
Bekannt sind auch Drehschieber, die aus einem drehbaren oder verschiebbaren zylindrischen Kolben bestehen, der in einer zylindrischen Bohrung, beispielsweise einer Gehäusebohrung oder einem Hohlzylinder, geführt ist und bei welchem gebohrte oder gefräste Löcher im Umfang des Kolbens und im Hohlzylinder bzw. in der Gehäusebohrung den Durchfluß von Drucköl und den Rückfluß des sich entspannenden Öls steuern. Drehschieber dieser Art benötigen zum Drehen oder Schieben eine relativ große Kraft, welche durch die Reibung des Drehschiebers in der Gehäusebohrung entsteht. Diese Reibung wird durch den Druck erhöht, den das Druckmittel in den zahlreichen Löchern des Drehschiebers auf die Gehäusewand und als Gegenkraft auf den Drehschieber in radialer Richtung ausübt. Um die Reibung des Drehschiebers zu verringern, hat man versucht, diese radialen Kräfte durch Gegenkräfte auszugleichen, indem man am Umfang des Drehschiebers zusätzliche Löcher anbrachte, in welchen das Druckmittel einen den vorgenannten Kräften entgegengesetzt gerichteten Druck erzeugte. Die Raumverhältnisse gestatteten aber meistens nicht, eine größere Anzahl von Gegendrucklöchern anzubringen. Auch würde dadurch der Leckverlust unerwünscht erhöht.
Es ist aber erstrebenswert, alle radialen Kräfte an einem Drehschieber durch nur ein Kräftepaar völlig auszugleichen. Die Berechnung dieser Kräfte scheiterte bisher aber daran, daß am Drehschieber noch weitere Kräfte wirksam waren, die sich nicht berechnen ließen. Diese Kräfte entstehen dadurch, daß das Druckmittel, aus den unter Druck stehenden Löchern hervortretend, sich zwischen die Dichtfläche am Außenumfang des Drehschiebers und die Innenwand der Gehäusebohrung zwängt, um als Leckverlust seitlich herauszutreten. Weder der Druckabfall, welchen die Flüssigkeit auf ihrem unregelmäßigen Wege auf der zylindrischen Dichtfläche erleidet, noch die jeweils wirksamen Flächen ließen sich rechnerisch genau erfassen.
Zur Erfüllung der vorgenannten Forderungen und zur Behebung der den bekannten Vorrichtungen anhaftenden Nachteile schlägt die Erfindung einen Verteiler vor mit einem an seinen beiden Stirnflächen offenen, radial zum Eintritt und zur Verteilung der unter Druck stehenden Flüssigkeit durchbohrten Hohlzylinder und einem mit einem radialen, über einen Längskanal mit radialen Verteilerkanälen in Verbindung stehenden Eintrittskanal versehenen Drehschieber, der auf seiner Seitenfläche Vorsprünge: aufweist, die nach außen begrenzt sind durch zylindrische Bereiche zur Halterung des Drehschiebers in dem Hohlzylinder, und deren tragende Bereiche aus zwei ringförmigen Bunden, die eine Nut zur Verbindung zwischen der Eintrittsbohrung des Hohlzylinders und dem Eintrittskanal des Drehschiebers begrenzen, und aus Dichtungszonen bestehen, in welche jeweils ein Verteilerkanal mündet und die gemäß der von dem Drehschieber im Laufe seiner Drehung eingenommenen Stellung die unter Druck stehende Flüssigkeit in eine Verteilerbohrung des Hohlzylinders leiten und den Austritt der unter Druck stehenden Flüssigkeit zwischen dem Drehschieber und dem Hohlzylinder ermöglichen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß dir,. Vorsprünge des Drehschiebers mindestens zwei Ausgleichszonen aufweisen, in die jeweils ein Ausgleichskanal mündet, der radial in den Drehschieber bis zum Längskanal gebohrt ist und durch den Hohlzylinder bei jeder von dem Drehschieber im Laufe seiner Drehung eingenommenen Stellung verdeckt bleibt, und welche derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die radialen Drücke der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf diese Ausgleichszonen die Rückwirkung auf den Drehschieber, ausgeübt durch die Gesamtheit der radialen, durch die Flüssigkeit auf die Dichtungszonen wirkenden Drücke vollständig ausgleichen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn jeder zylindrische Abschnitt, auf dem Dichtungszonen und/oder Ausgleichszonen liegen, durch zwei Kreise oder zwei Schraubenlinien und die Dichtungs- und Ausgleichszonen innerhalb dieser Abschnitte durch achsparallele Gerade begrenzt sind.
Des weiteren ist es vorteilhaft, wenn der Drehschieber in dem Hohlzylinder in Achsrichtung mit Spiel gleitend frei angeordnet ist und durch eine kon stante Antriebskraft um weniger als 360° nach beiden Seiten gedreht wird.
Die Erfindung beschreibt also einen zylindrischen Drehschieber, dessen Dichtflächen am Außenumfang genau begrenzt und so ausgebildet sind, daß die an ihm wirkenden Kräfte mathematisch exakt berechnet werden können. Dadurch ist es möglich, alle am Drehschieber wirkenden radialen Kräfte bzw. die durch sie auf die Drehschieberachse erzeugten Momente beispielsweise durch das Moment zweier Gegenkräfte völlig auszugleichen, so daß der Drehschieber, wenn das Druckmittel unter Druck steht, im räumlichen (--- dreidimensionalen) Gleichgewicht verharrt. In diesem Zustand bleibt die Achse des Drehschiebers in ihrer theoretischen Mitte, so daß der Drehschieber allseitig auf einem gleich starken Ölfilm auf seinen Dichtflächen schwimmt. Hierbei ist keine metallische Berührung zwischen dem Drehschieber und seinem Hohlzylinder vorhanden, und der Drehschieber läßt sich leicht und unabhängig von dem Druck. unter dem das Druckmittel steht, bewegen.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in folgender Weise dar: Fig. 1 zeigt die Anordnung eines Drehschiebers in einem Gehäuse; Fig. 2. 3 und 4 zeigen verschiedene Schnitte senkrecht zur Achse des Drehschiebers, und Fig. 5 stellt die perspektivische Ansicht eines Drehschiebers dar.
Der Hohlzylinder 1 (Fig. 1), in welchem der Drehschieber 2 gelagert ist, besitzt eine Bohrung 3 für den Zutritt des Druckmittels und für jede der zu beschickenden Druckkammern eine Bohrung 4 für den Zufluß und Rückfluß des Druckmittels. In der Zeichnung sind nur die Verteilerkanäle 4a zu den Druckkammern dargestellt, nicht aber die Druckkammern selbst, welche in beliebiger Weise ausgeführt sein können. Der Drehschieber 2 ist mit einem an beiden Enden geschlossenen Längskanal 5 versehen, der mit einer durch zwei zylindrische Flächen 6 begrenzten, in die zylindrische Oberfläche des Drehschiebers 2 eingelassenen, ringförmigen Nut 7 in Verbindung steht, in welche das von einer Pumpe 8 gelieferte Druckmittel eintritt. Radiale Verteilerkanäle 9 des Drehschiebers 2, die mit dem Längskanal 5 in Verbindung stehen, leiten das Druckmittel in einer gewünschten Reihenfolge in die Druckkammern, sobald ein Verteilerkanal 9 des Drehschiebers 2 mit der zugehörigen Bohrung 4 des Hohlzylinders 1 in übereinstimmende Stellung gebracht ist. In allen anderen Stellungen sind die Verteilerkanäle 9 des Drehschiebers 2 durch den Hohlzylinder 1 verschlossen.
Die Verteilerkanäle 9 sind am Umfang des Drehschiebers 2 mit vorzugsweise rechteckig begrenzten Dichtungszonen 10 (Fig. 5) umgeben, welche Teile der zylindrischen Oberfläche des Drehschiebers 2 bilden. Sie entstehen dadurch, daß einerseits in den Umfang Nuten 11 eingedreht sind, andererseits Längsnuten 12 parallel zur Drehschieberachse gefräst sind. Die in den Umfang eingedrehten Nuten 11 können auch mit einer Steigung gedreht werden, wodurch parallelogrammartig begrenzte Dichtungszonen entstehen. Diese Ausführungsform findet Anwendung für solche Fälle, bei denen der Drehschieber 2 auch in Richtung seiner Achse verschiebbar sein soll. Dies ist vorteilhaft, wenn viele Schaltstellungen auf nur wenige Druckkammern vereinigt werden sollen.
In den gefrästen Längsnuten 12 (Fig. 5) fließt das sich entspannende Druckmittel aus den Druckkammern zurück in den Ölsumpf 13, wenn eine Bohrung 4 im Hohlzylinder 1 geöffnet wird.
Die Dichtungszonen 10 bestimmen beim Drehen des Schiebers 2 die Öffnungs- und Schließzeiten der verschiedenen Druckkammern und bestimmen zusammen mit den Verteilerkanälen 9 die zeitliche Aufeinanderfolge der Bewegungen oder Schaltvorgänge, welche durch diese Druckmittelsteuerung vollzogen werden.
Die Dichtungszonen 10 gestatten eine genaue Berechnung der an ihnen auftretenden Drücke, die sich aus dem Druck am Austritt des Verteilerkanals 9 und dem Druck an seiner Dichtungszone 10 zusammensetzen. Die in jeder radialen Ebene wirkenden Kräfte lassen sich in resultierende Kräfte zusammenfassen und durch beispielsweise nur ein Gegenkräftepaar völlig zum Ausgleich bringen. Dieses Gegenkräftepaar wird dargestellt durch je einen Ausgleichskanal 14 mit einer Ausgleichszone 17 am Drehschieberumfang. Diese Ausgleichskanäle 14 stehen mit dem Längskanal 5 in Verbindung, bleiben aber durch die Innenwand des Hohlzylinders 1 nach außen stets abgeschlossen, damit sie als eine Gegenkraft wirken können.
Die Fig. 3 zeigt einen Schnitt senkrecht zur Drehschieberachse an der Stelle, wo das Öl von der Druckleitung 8a über die ringförmige Nut 7 und den Kanal 5 a in den beiderseitig verschlossenen Längskanal 5 eintritt.
Die Fig.4 zeigt einen Schnitt durch den Drehschieber in einer Stellung, wo das Drucköl vom Längskanal 5 über einen Verteilerkanal 9 in die Verteil-erleitung 4a tritt, die zu einer Druckkammer führt.
Die Fig.2 zeigt einen Schnitt durch den Drehschieber in einer Stellung, wo eine Dichtungszone 10 eine Druckkammerleitung4a öffnet, so daß das sich entspannende Öl über die Nuten 11 und 12 des Drehschiebers 2 frei in den Ölsumpf 13 fließt, um von der Pumpe 8 über eine Saugleitung 8 b wieder angesaugt zu werden. Statt des Öls kann jedes andere flüssige oder gasförmige Druckmittel verwendet werden.
Der Drehschieber wird zweckmäßig horizontal angeordnet und zwischen seitlichen Anschlägen 15 und 15a mit etwas axialem Spiel geführt. Die in einem Maschinenaggregat meistens auftretenden leichten Schwingungen versetzen den Drehschieber 2 in Richtung seiner Achse in Hin- und Herschwingungen und begünstigen das Schwimmen des Drehschiebers auf seinem ständig in Bewegung gehaltenen Ölfilm, wodurch die Feinfühligkeit des Drehschiebers in bezug auf eine gleichmäßig antreibende Kraft, z. B. eines Fliehkraftreglers, ansteigt.
Der Drehschieber wird zweckmäßig so angetrieben, daß keine Kraft auf ihn einwirkt, die ihn aus seiner Mittellinie verlagern kann. Der den Antrieb übertragende Teil wird daher zweckmäßigerweise auf einer Welle (oder einem Bolzen) gelagert, dessen Mittellinie in der Verlängerung der Mittellinie des Drehschiebers liegt. Dieses Antriebsglied 16 (Fig. 1) wird mit dem Drehschieber vorzugsweise auf Drehung unnachgiebig, auf Schieben in Richtung seiner Achse aber nachgiebig verbunden.
Der Drehschieber eignet sich für eine automatische Steuerung, wobei er durch eine gleichmäßige Kraft in Drehung versetzt werden kann. Er vermag beispielsweise dem Ausschlag eines Fliehkraftreglers mit großer Genauigkeit zu folgen. Der Druck, unter dem das Druckmittel steht, beeinträchtigt diese Genauigkeit nicht, weil alle radialen Kräfte am Schieber zueinander ins Gleichgewicht gebracht werden können. Hieraus ergibt sich ein weiterer Vorteil, der darin besteht, daß der Drehschieber selbsttätig in Ruhe verharrt oder seine Drehung verlangsamt, wenn beispielsweise eine Druckkammer gefüllt wird, weil in diesem Augenblick das Kräftegleichgewicht am Schieber gestört ist so lange, bis die Druckkammer gefüllt ist. Daher eignet sich dieser Drehschieber zur automatischen Schaltung mehrgängiger Getriebe. Sein Antrieb kann beispielsweise erfolgen in dem einen Drehsinn durch den Ausschlag der Massen eines Fliehkraftreglers und in dem anderen Drehsinn durch Federn, welche durch den Ausschlag des Fliehkraftreglers vorher gespannt wurden.
Die Zeichnung stellt nur ein Ausführungsbeispiel dar. Die Zahl der Druckkammern ist nicht beschränkt, und es können beliebig viele Gruppen von Löchern nebeneinander am Drehschieber angeordnet sein. Auch kann die ringförmige Nut 7 aus der Mitte seitlich versetzt angeordnet sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verteiler für eine unter Druck gehaltene Flüssigkeit mit einem an seinen beiden Stirnflächen offenen, radial zum Eintritt und zur Verteilung der unter Druck stehenden Flüssigkeit durchbohrten Hohlzylinder und einem mit einem radialen, über einen Längskanal mit radialen Verteilerkanälen in Verbindung stehenden Eintrittskanal versehenen Drehschieber, der auf seiner Seitenfläche Vorsprünge aufweist, die nach außen begrenzt sind durch zylindrische Bereiche zur Halterung des Drehschiebers in dem Hohlzylinder, und deren tragende Bereiche aus zwei ringförmigen Bunden, die eine Nut zur Verbindung zwischen der Eintrittsbohrung des Hohlzylinders und dem Eintrittskanal des Drehschiebers begrenzen, und aus Dichtungszonen bestehen, in welche jeweils ein Verteilerkanal mündet und die gemäß der von dem Drehschieber im Laufe seiner Drehung eingenommenen Stellung die unter Druck stehende Flüssigkeit in eine Verteilerbohrung des Hohlzylinders leiten und den Austritt der unter Druck stehenden Flüssigkeit zwischen dem Drehschieber und dem Hohlzylinder ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge de Drehschiebers (2) mindestens zwei Ausgleichszonen (17) aufweisen, in die jeweils ein Ausgleichskanal (14) mündet, der radial in den Drehschieber (2) bis zum Längskanal (5) gebohrt ist und durch den Hohlzylinder (1) bei jeder von dem Drehschieber (2) im Laufe seiner Drehung eingenommenen Stellung verdeckt bleibt, und welche derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die radialen Drücke der unter Druck stehenden Flüssigkeit auf diese Ausgleichszonen (17) die Rückwirkung auf den Drehschieber (2), ausgeübt durch die Gesamtheit der radialen, durch die Flüssigkeit auf die Dichtungszonen (10) wirkenden Drücke, vollständig ausgleichen.
2. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder zylindrische Abschnitt, auf dem Dichtungszonen (10) und/oder Ausgl.ei-chszonen (17) liegen, durch zwei Kreise oder zwei Schraubenlinien und de Dichtungs- (10) und Ausgleichszonen (17) innerhalb dieser Abschnitte durch achsparallele Gerade begrenzt sind.
3. Verteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (2) in dem Hohlzylinder (1) in Achsrichtung mit Spiel gleitend angeordnet ist und durch eine konstante Antriebskraft um weniger als 360° nach beiden Seiten gedreht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patenschrift Nr. 816 332; französische Patentschriften Nr. 959 372, 992 557, 1027 682; französische Zusatz-Patentschrift Nr. 37 928, Zusatz zum Patent 679 003.