DE1675510A1

DE1675510A1 - Selbsttaetiges Hydraulik-Steuerventil

Info

Publication number: DE1675510A1
Application number: DE19681675510
Authority: DE
Inventors: Sparrow Alan Wycliffe
Original assignee: Perkins Engines Ltd
Current assignee: Perkins Ltd
Priority date: 1967-02-17
Filing date: 1968-02-16
Publication date: 1970-12-23
Also published as: GB1214821A; SE343117B; FR1553558A; US3489254A

Description

PATENTANWÄLTE 1 R 7 S 5 1 O

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHONWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

14. Febr. I968 Sch-DB/pa

PERKINS ENGINES LIMITED

35 Davies Street, London, W.I. Great Britain

Selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil

Die Erfindung betrifft ein selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil. Sie ist insbesondere - Jedoch nicht ausschließlich - anwendbar auf ein selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil zur Steuerung des Betriebes einer Verriegelungskupplung in einem hydrokinetischen Drehmomentwandler.

Bereits vorgeschlagene selbsttätige Hydraulik-Steuerventile haben den Nachteil, daß ein instabiler Zustand, der als "Pendeln" bekannt ist« auftreten kann, wenn der Wert einer veränderbaren Betätigungskraft für das Ventil in einem kritischen Bereich liegt, der einen vorbestimmten Wert einschließt, bei dem das Ventil von einem Zustand in einen anderen schalten soll. Andere bekannte selbsttätige Hydraulik-Steuerventile sind mit dem Mangel behaftet, daß der Wert der zur Betätigung des Ventiles erforderlichen Kraft nicht im wesentlichen über eine

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Betriebszeit (z.B. ein Jahr) konstant bleibt, weil ein Teil des Ventilmechanismus verschleißt.

Zweck der Erfindung ist, ein verbessertes selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil zu schaffen, bei dan die erwähnten Nachteile beseitigt bzw. verringert sind.

Gemäß der Erfindung ist ein ^selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil vorgesehen, das/einem Ventilkorper mit einer Ventilkammer besteht, in der ein Ventilglied zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, um zwei verschiedene Zustände des Ventils zu bestimmenuund das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Feder derart angeordnet ist, daß eine Komponente der Federkraft das Ventilglied immer in die erste Stellung zwingt,

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wobei der Wert dieser Komponente sich mit der Bewegung des Ventilgliedes derart ändert, daß er am größten 1st, wenn sich das Ventilglied in der ersten Stellung befindet und bei Bewegung des Ventilgliedes in die zweite Stellung abnimmt, wobei das Ventil bei entsprechend unterschiedlichen Werten einer auf das Ventilglied entgegen der Komponente der Federkraft wirkenden Betätigungskraft schaltet.

Ausserdem sieht die Erfindung ein selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil mit einem Ventilkörper vor, der eine Ventilkammer umschließt und DruokflUssigkeitsleitungen aufweist, die mit der Ventilkammer in Verbindung stehen und das dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Ventilglied in der Ventilkammer zwischen ersten und zweiten Stellungen bewegbar ist, wobei das Ventilglied in wenigstens einer dieser Stellungen eine der Leitungen sperrt und daß Federn vorgesehen sind, welche das Ventilglied entgegen in Richtung der anderen Stellung auf diese wirkenden Kräften fortwährend in eine der Stellungen zwingen, und wfiohfi' so ange-

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ordnet sind, daß sie auf das Ventilglied eine negative Zugkraft ausüben.

Der Ausdruck "negative Zugkraft" wird in der Beschreibungseinlei tung und in den Ansprüchen verwendet, um den Zustand zu bestimmen, in dem die Tangente der BelastungenOrdinate)/ Verschiebungs-(Abszisse) Kurve des Ventilgliedes nach unten rechts geneigt verläuft, ob nun die auf das Ventilglied wirkende Kraft eine Drehkraft oder eine lineare Kraft ist.

Hinsichtlich der vorliegenden Erfindung wird des weiteren ein hydrokinetischer Drehmomentwandler mit einer Pumpe, einer Turbine und einer hydraulisch betätigbaren Kupplung zur Verbindung von Pumpe und Turbine vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erwähntes selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil zur Steuerung des Betriebes der Kupplung an der Pumpe befestigt und so ausgebildet ist, daß es ein hydraulisch betätigtes Einrücken der Kupplung ermöglicht, wenn das Ventilglied sich in der zweiten Stellung befindet und ein Ausrücken der Kupplung zuläßt' wenn das Ventilglied die erste Stellung eingenommen hat und daß die Ventilbetätigungskraft die während der Rotation der Pumpe auf das Ventilglied einwirkende Zentrifugalkraft ist.

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen erläutert.

Fig. 1 ist eine geschnittene Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines selbsttätigen Hydraulik-Steuerventils gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Ventil gemäß Fig.l längs der Linie B-B in Fig. 5 und zeigt außerdem einen Teil eines hydrokinetischen Drehmomentwandlers mit einer Verriegelungskupplung.

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Fig. 3 1st eine teilweise geschnittene Ansicht in Richtung des Pfeiles C in Fig. 1.

Figuren 4,5 und 6 sind geschnittene Vorderansichten ähnlich Flg. 1 einer zweiten, dritten und vierten Ausführungsforni eines selbsttätigen Hydraulik-Steuerventils gemäß der Erfindung, und

Fig. 7 ist ein Belastungs/Verschiebungsdiagramm, das die Charakteristika der auf das Ventilglied eines selbsttätigen Hydraulik-Steuerventils gemäß der Erfindung wirkenden Kräfte bestimmt.

Gemäß Figuren 1, 2 und 2 ist ein insgesamt mit 1 bezeichnetes selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil an einem Punkt der Peripherie einer Drehmomentwandler-Pumpe 2 mittels zweier Kopfbolzen 3 unterschiedlicher Größe befestigt, die durch entsprechende Bohrungen 4 hindurchragen, so daß die Möglichkeit eines falschen Zusammenbaues verringert ist.

Das Ventil 1 besteht aus einem Ventilkbrper 5 mit einer Ventilkammer in Form einer durchgehenden Bohrung 6, die sich radial zur Drehmomentwandler-Turbinenachse erstreckt. Ein Ventilglied oder Sdiieber 7 mit einer Einschnürung 8 zwischen seinen Enden ist länge der Bohrung 6 mit seiner radialen Aussenwand bewegbar und besitzt zwei aufrechte Augen 9, die von einem Stift 10 quer-verbunden sind. Der Schieber 7 ist hohl. An dem Stift 10 der öse 12 des Schiebers ist eine Haarnadelfeder 11 befestigt, die sich radial innerhalb und außerhalb der Bohrung 6 erstreckt. Die freien Enden 13 der Feder 11 sind gekerbt und Streben 14 mit

gegen Messerschneidenenden 15 sind jeweils c / ^ Schultern 16 des Ventilkörpers 5 abgestützt und werden jeweils in der abgestützten Stellung durch üLngriff der gegenüberliegenden Messerschneiden in die Kerben der nach außen vorgespannten

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Federenden IjJ gehalten. Die radiale innere Grenze des Hubes des Schiebers 7 wird durch eine in einer Ausnehmung der Bohrung 6 untergebrachte Federklammer 17 gebildet. Die äußere Grenze ist durch eine gewölbte Scheibe 18 gegebeb, _die oberhalb des äußeren Indes der Bohrung 6 von einem becherähnlichen Deckel 19 festgehalten wird.

Gemäß der Flg. 2 steht eine radiale äußere öffnung 20 des Ventilkörpers 5 mit einer Seite eines Kupplungsbetätigungskolbens 2j3 in Verbiifiung, der sich unter hydraulischem Druck zur Binrückung einer Kupplungsscheibe 24 einer Verriegelungskupplung für einen Drehmomentwandler bewegen kann. Eine Mittelöffnung 21 ist mit einer Druckflüssigkeitsquelle, in diesem Falle dem Inneren des Drehmomentwandlers selbst,verbunden.

Eine radiale innere öffnung 22 steht mit der anderen Seite des'KttppiüTig&betätigungskolbens 23 der&rt-ln Verbindung, daß ein auf beliebige Weise hervorgerufener^Druckanstiege der durch die öffnung 22 tretenden Flüssigkeit ein Ausrücken der Kupplung anstrebt. Es ist verständlich, daß die eingerückte Kupplung Pumpe und Turbine des Wandlers überbrückt, so daß keine Drehmomentwandlung stattfindet. In Fig. 2 ist die Kupplungsscheibe 24 kraftschlüssig mit der nicht gezeichneten Turbine des Drehmomentwandlers verbunden.

Wird zum Ausrücken der Kupplung eine Feder verwendet, so ist die Innere öffnung 22 entbehrlich und alternativ kann - falls das Steuerventil in einer Anordnung benutzt wird,

• die
in der/Kupplung durch Federwirkung eingerückt und durch Flüssigkeitsdruck ausgerückt wird - die äußere öffnung weggelassen werden.

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Bei innerer radialer Stellung des Schiebers 7 ist die öffnung 20 offen und der Kupplungsbetätigungskolben entlastet; die Kupplung wird zwangsläufig ausgerückt, indem der Durchfluß durch die öffnung 22 gesperrt und im Bereich 25 (Fig. 2) eine Zentrifugalspitze geschaffen wird. In der äußeren Stellung des Schiebers 7 ist die äußere öffnung 20 mit der mittleren öffnung 21 über die Einschnürung 8 des Schiebers 7 verbunden, wodurch Betätigung und Einrückung der Kupplung sowie die3DuBGiKX öffnung der vorher gesperrten inneren öffnung 22 hervorgerufen werden.

Die Form der Peder und die Gestängewirkung, die durch die Anordnung der Strebe lh. erzielt wird, wirken zur Beaufschlagung des Schiebers 7 mit einer "negativen Zugkraft" (negative rate effect) zusammen. In der in Fig. 1 gezeigten Stellung hat die radiale innere Komponente der auf den Schieber 7 wirkenden Kraft der Feder 11 ihren maximalen Wert und bei hierzu fortschreitend ansteigenden Stellungen radial nach außen nimmt der Wert dieser Komponente ab.

Die Wirkungsweise des selbsttätigen Steuerventils wird unter Bezug auf die in Fig.7 gezeigte grafische Darstellung erläutert;

Mit zunehmender Geschwindigkeit der Pumpe wird die auf den Schieber wirkende Zentrifugalkraft vergrößert und zielt darauf ab, den Schieber radial zu bewegen. Dieser wird jedoch so lange nicht radial verschoben, bis die Zentrifugalkraft einen Wert erreicht, der etwas über der Summe der Federvorspannung und der auf den in seiner inneren Stellung befindlichen Schieber 7 wirkenden Reibungskraft liegt. Sobald dies eintritt, schnellt der Schieber

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sofort in die radiale äußere Stellung. In dieser Stellung haben die Streben 14 ihre gewinkelte Stellung noch nicht eingenommen, d.h. die Stellung, in der sie gegeneinander gerichtet sind, und daher wirkt die Federvorspannung - obwohl sie viel kleiner ist - weiter in Richtung zur Rückführung des Schiebers in seine innere Stellung. Punkt J>0 der grafischen Darstellung zeigt die Höhe der zur Überwindung der Pedervorspannung bei innerer Stellung erforderlichen Kraft und Punkt Ji gibt die zur Überwindung der Federvorspannüng und der Haftreibung benötigte Zentrifugalkraft wieder. Dies tritt bei etwa 1800 Umdrehungen pro Minute ein.

Während der Schieber sich nach außeii bewegt, nimmt die auf -ihn wirkende Zentrifugalkraft infolge der Vergrößerung des Abstandes zwischen seinem Schwerpunkt und dem Drehpunkt etwas zu.

Diese Zunahme ist durch eine leichte Neigung der, die Punkte 51 und 52 verbindenden Linie dargestellt.

Wie vorher erwähnt, verriegelt die Bewegung des Schiebers in die äußere Stellung die Kupplung und Jede Geschwindigkeit serhöhung des Drehmomentwandlers hält das Ventil in äußerer Stellung.

Bei GeschwindigkeitsVerringerung hat der Geschwindigkeits-r abfall einen verhältnismäßig geringen Wert, wenn die auf den Schieber wirkende Zentrifugalkraft einen Wert erreicht, der etwas niedriger ist, als die auf den in äußerer Stellung befindlichen Schieber wirkende Federvorspannung. Die Geschwindigkeit muß um· einen weiteren etwas geringeren Betrag zurückgehen, um die Federvorspannung zur Überwindung der kleinen zusätzlichen Wirkung der Haft-

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reibung zu befähigen. Daher ist die Abnahme der Zentrifugalkraft durch den Abstand zwischen den Punkten 32 und 33 und die Haftreibungskraft durch den Abstand zwischen den Punkten 33 und J>k wiedergegeben.

Wenn die Geschwindigkeit auf etwa zwölfhundert Umdrehungen pSo.Minute zurückgegangen ist, schnellt der Schieber in die innere Stellung., die von Punkt 35 auf der grafischen Darstellung wiedergegeben wird, die Kupplung wird ausgerückt und der Drehmomentwandler beginnt wieder mit der Wandlung.

Es ist einzusehen, daß das Vorhandensein einer großen Haftreibungskomponente in einer Vorrichtung dieser Art, insbesondere dort, wo Verschleiß wahrscheinlich unbestimmte Schwankungen hervorruft, nicht zufriedenstellend ist. Die vorliegende Anordnung übt aufgrund der Messerschneiden 15 und infolge des Fehlens jeglicher seitwärts gerichteter, auf den Schieber zur Einwirkung kommender Kräfte, die eine Reibung in der Bohrung 6 verursachen würden, ein Minimum an Reibungskraft auf den Schieber aus. Ferner würde Verschleiß nur eine sehr geringe Wirkung auf die Leistung der Vorrichtung haben.

Das Ventil wird anfänglich eingestellt, weil Punkt 3I betroffen wird von dem Austauschbau von Teilen. In Bezug auf Punkt ~*>\ ist es lediglich notwendig, wahlweise Scheiben lO von geeigneter Krümmung einzusetzen.

Kein Teil der Vorrichtung ist hohen Belastungen unterworfen und in Anordnungen, in denen eine Verriegelung kupplung für einen Drehmomentwandler vorgesehen ist, ist die Anzahl der Verriegelungen und Entriegelungen der Kupplung im Verlauf seines Betriebes sehr gering im Vergleich mit der Anzahl der Uinkehrungen, die zur Beeinflussung der Spannkraft der Feder 11 erforderlich sind.

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Fig. 4 zeigt eine zweite AusfUhrungsform der Erfindung., bei der eine kurze Welle 40 mit einem kugelförmigen Ende 41, das lose an dem Ende des Schiebers angebracht ist, letzteren unter der Wirkung von zwei U-Pedern 42 beeinflußt. Die Messerschneidenenden 43 beider Federn befinden sich in einer Kerbe am Ende der VJeHe 40 und liegen gegen Schultern 44 des Ventilkörpers an. Diese Anordnung schafft eine ähnliche "negative Zug"- Charakteristik, wie sie in Figur 7 wiedergegeben ist. In Fig. 5 erstrecken sich längs des Ventilkörpers zwei eingespannte Blattfedern 50, die an ihren freien Enden Kerben 51 aufweisen. Mit Messerschneiden-enden versehene Streben 52* die denjenigen der Figuren 1 bis 3 ähnlich sind, sind zwischen den Kerben 51 und einer Kerbe 54 an dem freien Ende der Welle 55 ^at)-gestützt, die in ähnlicher Weise,wie in Fig. 4 gezeigt, in dem Schieber gehaltert ist.

In Fig. 6 sind die U-Federn der Fig. 4 durch Schraubenfedern 60 ersetzt - im übrigen ist die Anordnung die gleiche.

Die Charakteristika der Fig. 7 ergeben sich aus der Feder-und Gestangeanorndung der Figuren 5 und 6.

Obwohl die beschriebenen speziellen Ausführungsformen für Drehmomentwandler geeignete Ventile mit linearer Bewegung sind, kann als Ergebnis des Studiums obiger Lehre auch ein Drehventil mit ähnlichen Charakteristika erstellt, v/erden.

BAD ORlGiMAf

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Claims

Ansprüche

1) Selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil,bestehend aus einem Ventilkörper mit einer Ventilkammer, in der ein Ventilglied zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung bewegbar ist, um zwei verschiedene Zustände des Ventils zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder derart angeordnet ist, daß eine Komponente der Federkraft das Ventilglied immer in die erste Stellung zwingt, wobei der Wert dieser Komponente sich mit der Bewegung des Ventilgliedes derart ändert, daß er am größten ist,· wenn sich das Ventilglied in der ersten Stellung befindet und bei Bewegung des Ventilgliedes in die zweite Stellung abnimmt, wobei das Ventil bei entsprechend unterschiedlichen Werten einer auf das Ventilglied entgegen der Komponente der Federkraft wirkenden Betätigungskraft schaltet.

2) Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied ein Schieber ist, dessen Bewegung zu dem Ventilkörper linear ist, und daß ein erster und ein zweiter Anschlag vorgesehen sind, gegen die das Ventilglied in seiner ersten bzw. zweiten Stellung zur Anlage kommt.

3) Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlag einstellbar ist, so daß der Hub des Ventilgliedes(7)vergrößerbar oder verkleinerbar ist.

h) Steuerventil nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder einen nachgiebigen federnden Kniehebel oder eine Strebe bildet, dessen bzw. deren eiaes Ende mit dem Ventilglied zur Bewegung mit diesem bei Schalten des Ventils verbunden ist, und dessen bzw. deren anderes Ende sich gegen den Ventilkörper abstützt. > 009852/0840

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5) Steuerventil nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Feder von dem Ventilglied getragen wird, um mit diesem bei Schaltung des Ventils als ganzes bewegt zu werden, und daß eine Strebe vorgesehen ist, deren eines Ende gegen die Feder und deren anderes Ende gegen den Ventilkörper anliegt.

6) Steuerventil nach den Ansprüchen 2 oder 2* dadurch gekennzeichnet, daß die Feder an dem Ventilkörper angebracht ist und eine Strebe aufweist, deren eines Ende gegen die Feder und deren anderes Ende gegen das Ventilglied anliegt.

7) Selbsttätiges Hydraulik-Steuerventil mit einem
Ventilkörper," der eine Ventilkammer umschließt und
Druckflüssigkeitsleitungen aufweist, die mit der Ventilkammer in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ventilglied in der Ventilkammer zwischen ersten und zweiten Stellungen bewegbar ist, wobei das Ventilglied in wenigstens einer dieser Stellungen eine der Leitungen sperrt und daß Federn vorgesehen sind, welche das Ventilglied entgegen in Richtung der anderen
Stellung auf dieses wirkenden Kräften fortwährend in eine der Stellungen zwingen, und welche so angeordnet sind, daß sie auf das Ventilglied eine "negative Zugkraft" ausüben.

8) Hydrokinetischer Drehmomentwandler mit einer Pumpe, einer Turbine und einer hydraulisch betätigbaren Kupplung zur Verbindung von Pumpe und Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß ein selbsttätiges hydraulisches Steuerventil nach den vorangegangenen Ansprüchen zur Steuerung des Betriebes der Kupplung an der Pumpe befestigt und

so ausgebildet ist, daß es ein hydraulisch betätigtes Einrücken der Kupplung ermöglicht, wenn das Ventilglied sich in der. zweiten Stellung befindet und ein Ausrücken der Kupplung zuläßt, wenn das Ventilglied die erste 009852/08AO

Stellung eingenommen hat und daß die Ventilbetätigungskraft die während der Rotation der Pumpe auf das Ventilglied einwirkende Zentrifugalkraft ist.

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