DE2144792B2 - Druckmittelbetätigte Stellvorrichtung mit umlaufender Hydraulikkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckmittelbetätigte Stellvorrichtung, bei der in der druckbe- und -entlastbaren Hydraulikkammer eines umlaufenden Gehäuseteils ein bei Druckbeaufschlagung der Kammer in die Betätigungslage bewegter Stellkolben axial verschiebbar angeordnet und ein zentrifugalkraftbetätigtes Entlüftungsventil zur Abfuhr von bei einer Druckentlastung in der Kammer verbliebenem Strömungsmittel vorgesehen ist, wobei das Entlüftungsventil einen in einer Entlüftungsbohrung angeordneten Ventilsitz und einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden, kugelförmig ausgebildeten Ventilkörper aufweist, der unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei Druckentlastung der Kammer vom Ventilsitz abgehoben und bei Druckbelastung der Kammer in die Schließlage aii den Ventilsitz angedrückt ist.

Bekannte Stelivorrichtungen dieser Art (US-PS 954 040) mit einer umlaufenden Hydraulikkammer eignen sich insbesondere zur hydraulischen Betätigung von Kupplungen oder Bremsen und enthalten ein zentrifugalkraftbetätigtes Entlüftungsventil mit einem achsparallel zur Rotationsachse angeordneten Ventilsitz zum Entleeren der Hydraulikkammer bei deren Druckentlastung, um eine unerwünschte Betätigung des Stellkolbens durch bei Druckentlastung in der Kammer verbliebenes, dem Einfluß der Zentrifugalkraft ausgesetztes Hydraulikmittel zu verhindern. Die bekannten Stellvorrichtungen sind jedoch für höhere Drehzahlen ungeeignet: hierbei besteht nämlich je nach dem öffnungswinkel des Ventilsitzes die Gefahr, daß sich die Ventilkugel in höchst unerwünschter Weise entweder trotz Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammer unter dem Einfluß der auf die Ventilkugel einwirkenden Zentrifugalkraft vom Ventilsitz abhebt, so daß trotz Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammer eine Betätigung des Stellkolbens unterbleibt oder unterbrochen wird, oder aber bei kleinerem öffnungswinkel am Ven tilsitz verklemmt und auch bei Druckentlastung der Hydraulikkammer nie!« vom Ventilsitz freikommt, so daß das Entlüftungsventil unwirksam ist.

Demgegenüber soll erfindungsgemäß eme Stellvorrichtung dieser Art derart verbessert werden, daß auch bei höheren Drehzahlen ein störungsfreier Betrieb durch das Entlüftungsventil sichergestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Stellvorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die Achse des konisch zur Hydraulikkammer erweiterten Ventilsitzes gegenüber der Stellkolbenach se schräg angestellt und der Rampenwinkel zwischen der Kolbenachse und dem bezüglich ücr Kolbenachse radial äußersten Ventilsitzabschnitt verkleinert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung läßt sich infolge der besonderen Anordnung und Ausbildung des Ventilsitzes trotz eines erwünscht großen Öffnungswin kels des konischen Ventilsitzes der Rampenwinkel zwi sehen der Rotationsachse und dem radial äußeren, den zentrifugalkraftbelasteten Ventilkörper abstützenden und führenden Abschnitt der Ventilsitzfläche in einfaeher Weise beliebig klein halten. Hierdurch wird einerseits die bei einem zu geringen öffnungswinkel des Ventilsitzes vorhandene Gefahr eines Verklemmen', des Ventilkörpers am Ventilsitz ausgeschlossen und gewährleistet, daß das Entlüftungsventil bei Druckentla stung der Hydraulikkammer in die Öffnungslage gelangt, und zugleich wird andererseits infolge der Verkleinerung des Rampenwinkels sichergestellt, daß auch bei höheren Drehzahlen die auf den /entrifugalkraftbe lasteten Ventilkörper einwirkenden Öffnungskraft die darauf bei Druckbelastung der Hydraulikkammer aus geübte Schließkraft nicht übersteigt, so daß das Entlüf tungsventi! bei Druckbelastung der Hydraulikkammei mit Sicherheit die Schließlage einnimmt. Somit vermag das Entlüftungsventil der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung auch bei sehr hohen Drehzahlen noch siö rungsfrei zu arbeiten.

Zweckmäßigerweise ist die Entlüftungsbohrung in dem mit dem Gehäuseteil umlaufenden Stellkolben ausgebildet, so daß das Entlüftungsventil beim Ausbau des Stellkolbens leicht zugänglich ist.

Im Hinblick auf eine bauliche Vereinfachung und ein gleichförmige* Ansprechverhaken des Entlüftungsventils unabhängig von der Drehrichtung des Gehäuseteils empfiehlt es sich, daß die Achsen des Stellkolbens und des Ver.ilsitzes in (aus der US-PS 2 954 040) an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen Ebene liegen und der Ventilsitz und die Entlüftungsbohrung koaxial angeordnet sind.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dar. Es zeigt

F i g. I einen Schnitt einer erfindungsgemäß ausgebildeten Stellvorrichtung mit einem im umlaufenden Stellkolben angeordneten Entlüftungsventil,

F i g. 2 Einzelheiten des Entlüftungsventils gemäß Fig. 1.

Gemäß den Figuren dient die Stellvorrichtung 10 zur Betätigung einer zwischen einer Antriebswelle 11 und einer Abtriebswelle 12 angeordneten Kupplung 24, wo-

bei die Stellvorrichtung 10 ein ortsfestes Gehäuseteil mit einem Ringflansch 14 aufweist, der fest mit einem Rohr 16 verbunden ist, in welchem die Antriebswelle 11 drehbar gelagert ist. Mit der Antriebswelle 11 ist ein umtaufendes Gehäuseteil 18 drehschlüssig verbunden, S das auf dem ortsfesten Ringflansch 14 gelagert ist und eine Hydraulikkammer 21 aufweist, in welcher ein ringförmiger, gemeinsam mit dem Gehauseteil 18 umlaufender Stellkalben 19 axial verschiebbar angeordnet ist Die Kupplung 24 enthält abwechselnd angeordnete Kupplungsscheiben 25, 27, von denen die Kupplungsscheiben 25 aiitriebsschlüssig mit dem umlaufenden Gehauseteil 18 und die Kupplungsscheiben 27 aber eine Nabe 22 antriebsschlüssig mit der Abtriebswelle 12 verbunden sind. χ5

Eine Rückstellfeder 31 drückt den Stellkolben 19 in die in F i g. 1 gezeigte Ruhelage, in der die Kupplung 24 ausgerückt ist Bei Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammer 21 wird der Stellkolben 19 axial in seine Betätigungistellung verschoben, in der die Kupplung*- scheiben 25, 27 zusammengepreßt werden und sich dabei an einer einstückig am Gehäuseteil 18 angeformien Stüizplaue 29 abstützen, wodurch die Kupplung 24 eingerückt und dadurch das umlaufende Gehäuseteil 18 amriebsschlüssig mit der Nabe 22 verbunden wird.

Die Druckbe- und -entlastung der Hydraulikkammer 21 erfolgt über eine im ortsfesten Ringflansch 14 ausgebildete Umfangsnut 35, die mit einem im umlaufenden. Gehäuseteil 18 angeordneten, in gestrichelten Linien dargestellten Hydraulikkanal 34 in Verbindung steht. der in die Hydraulikkammer 21 mündet.

In einer Begrenzungswand der Hydraulikkammer 21 ist eine mit ihrer Achse schräg gegenüber der Kolbenachse angestellte Entlüftungsbohrung 37 ausgebildet, die gemäß den Figuren den Stellkolben 19 durchsetzt, aber auch durch eine Wand des umlaufenden Gehäuseteils 18 verlaufen kann. Die Achsen der Entlüftungsbohrung 37 und des Stellkolbens 19 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Koaxial in der Entlüflungsbohrung

37 ist ein i-onisch zur Hydraulikkammer 21 erweiterter Ventilsitz 38 angeordnet, mit dem eine metallische Ventilkugel 41 zusammenwirkt, welche in dem erweiterten, der Hydraulikkammer 21 zugekehrten Abschnitt der Entlüftungsbohrung 37 locker eingesperrt ist, so daß sie sich vom Ventilsitz 38 abheben kann, jedoch nicht aus dem erweiterten Abschnitt der Entlüftungsbohrung 37 herausfällt, was beispielsweise durch Umbördeln von Material an der Stelle 42 nach dem Einsetzen der Ventilkugel 41 in die Entlüftungsbohrung 37 bewirkt wird.

An Stelle eines einzigen Entlüftungsventils können auch mehrere Entlüftungsventile mit gleichförmigem Winkelabstand radial außen am ringförmigen Stellkolben 19 verteilt angeordnet sein.

Bei Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammer 21 über den Kanal 34 wird der Stellkolben 19 in die Betäligungslage gebracht und die Kupplung 24 eingerückt, wobei die Ventilkugel 41 durch den Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 21 dichtend gegen den Ventilsitz

38 gedruckt und dadurch die Entlüftungsbohriing 37 verschlossen wird. Da der Stellkolben 19 umläuft, wird die Ventilkugel 41 mit einer Zentrifugalkraft beaufschlagt, die die Ventilkugel 41 bezüglich der Kolbenachse radial nach außen vom Ventilsitz 38 abzuheben und in die in F i g. 2 in gestrichelten Linien dargestellte Öffnungslage 41' zu verstellen sucht. Bei Druckbeaufschlagung der Hydraulikkammer 2) ist diese Zentrifugalkraft jedoch nhne Einfluß auf die Stellung des Ventilkörpers 41, und zwar auch dann, wenn der Stellkolben 19 mit einer extrem hohen Drehzahl umlauft und eine entsprechend hohe Zentrifugalkraft an der Ventilkugel 41 angreift Dies wird dadurch erreicht, daß die in einer gemeinsamen Ebene liegenden Achsen des Stellkolbens 19 und des Ventilsitzes 38 unter einem spitzen Kippwinkel (F i g. 2) schräg zueinander angestellt sind, derart, daß der Rampenwinkel zwischen der Kolbenachse und dem bezüglich der Kolbenachse rvdia¹ äußersten Abschnitt des Ventilsitzes 38 verhältnismäßig klein und wesentlich kleiner ist, als der Winkel zwischen der Kotbenachse und dem radial innersten Ventilsitzabschnitt

Im einzelnen ist die an der Ventilkugei 41 angreifende Zentrifugalkraft radial nach außen und senkrecht zur Kolbendrehachse gerichtet Die Zentrifugalkraft läßt sich in eine senkrecht zum radial äußersten Ventilsit/abschnitt und eine parallel zum radial äußersten Ventilsitzabschnitt verlaufende Kraftkomponente zerlegen. Ie kleiner der Rampenwinkel (und somit je größer der Kippwinkel zwischen der Ventilsitzachse und der Stellkolbenachse) ist. destc größer ist die senkrecht zum radial äußersten Ventilsitza'ischnitt verlaufende Kraftkomponente und desto kleiner ist die parallel zu diesem Ventilsitzabschnitt gerichtete Kraftkomponente. Da zum Verstellen der Ventilkugel 41 in die öffmiMgslage eine parallel zum radial äußersten Ventilsitzabschnitt gerichtete Kraftkomponente erforderlich ist, kann bei entsprechend kleinem Rampenwinkel eine sehr große Zentrifugalkraft an r'er Ventilkugel 41 angreifen, und dennoch reicht deren parallel zum radial äußersten Ventüsitzabschniti gerichtete Kraftkomponenie nicht aus, die Druckkraft des Hydraulikdrucks in der Hydraulikkammer 21 zu überwinden, so daß die Ventilkugel 41 in der Schließlage verbleibt. Somit kann der Stcllkolben 19 mit einer äußerst hohen Drehzahl umlaufen, und dennoch verbleibt die Kugel 41 in der Schließlage, wenn die Hydraulikkammer 31 mit Hydraulikdruck beaufschlagt ist.

Wenn der Hydraulikdruck über den Kanal 34 abgebaut und der Stellkolben 19 durch die Rückstellfeder 31 in die Ruhelage bewegt wird, wird die Ventilkugel 41 unter dem Einfluß der daran angreifenden Zeninfugalkraf: in die Öffnungslage verstellt, so daß die Entlüftungsbohrung 37 geöffnet wird und das in der Hydraulikkammer 21 verbliebene Strömungsmittel über die Entlüftungsbohrung 37 ausströmt. Durch entsprechende Wahl des Kipp- und Ventilsitzwinkels kann für eine irgend beliebige Kombination von Hydraulikdruck und Drehzahlbereich ein störungsfreier Betrieb erreicht werden. Bei maximaler Betriebsdrehzahl und Druckbe-•julschlagung der Hydraulikkammer wird die Ventilkuge! 41 nicht vom Ventilsitz 38 abgehoben, bei Druckentlastung ind minimaler Betriebsdrehzahl muß die Ventilkugel jedoch unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft vom Ventilsitz freikommen.

An Stelle der koaxialen Anordnung von Ventilsitz 38 und Entlüfuingsbohrung 37 kann die Achse der Entlüflungsbohrung 37 auch parallel zur Kolbenachse verlaufen. Wichtig ist nur, daß die Ventiisitzachse schräg zur Kolbendrehachse angestellt ist. Ferner kann der Stellvorrichtung an Stelle der Kupplung auch eine Bremse oder eine andere, durch eine druckmittelbetätigte Stellvorrichtung mit einer umlaufenden Strömungsmittelkammer betätigbare Einrichtung zugeordnet sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. DruckmittelbetStigte Stellvorrichtung, bei der

in der druckbe· und -entlastbaren Hydraulikkam- δ mer eines umlaufenden Gehäuseteils ein bei Druckbeaufschlagung der Kammer in die Betätigungslage bewegter Stellkolben axial verschiebbar angeordnet und ein zentrifugalkraftbetätigtes Entlüftungsventil zur Abfuhr von bei einer Druckentlastung in der Kammer verbliebenem Strömungsmittel vorgesehen ist, wobei das Entlüftungsventil einen in einer Entlüftungsbohrung angeordneten Ventilsitz und einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden, kugelförmig ausgebildeten Ventilkörper aufweist, der »5 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bei Druckentlastung der Kammer vom Ventilsitz abgehoben und bei Druckbelastung der Kammer in die Schließlage an den Ventilsitz angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des konisch ao zur Hydraulikkammer (21) erweiterten Ventilsitzes (38) gegenuoer der Stellkolbenachse schräg angestellt und der Rampenwinkel zwischen der Kolbenachse und dem bezüglich der Kolbenachse radial äußersten Ventilsitzabschnitt verkleinert ist.

2. Stellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsbohrung (37) in dem mit dem Gehäuseteil (iS) umlaufenden Stellkolben (19) ausgebildet ist.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Stellkolbens (19) ui\J. des Ventilsitzes (38) in an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen Ebene liegen und der Ventilsitz (38) unU die L.itififtungsbohrung (37) koaxial angeordnet sind.