DE2144792C3 - Druckmittelbetätigte Stellvorrichtung mit umlaufender Hydraulikkammer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine druckmittelbetäligte Stellvorrichtung, bei der in der druckbe- und -entlastbaren Hydraulikkammer eines umlaufenden Gehä'iseteils ein bei Druckbeaufschlagung der Kammer in die Betätigungslage bewegter Stellkolben axial verschiebbar angeordnet und ein zentrifugalkraftbetätigtes Entkiftungsventil 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 an den Ventilsitz angedrückt ist.

Bekannte Stellvorrichtungen dieser Art (US-PS 954 040) mit einer umlaufenden Hydraulikkammer eignen sich insbesondere zur hydraulischen Betätigung »on 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 Druekbeaufschlagung der Hydraulikkammer uner dem Einfluß der auf die Ventilkugel einwirkenden Zentrifugalkraft vom Ventilsitz abhebt, so daß trotz Druekbeaufschlagung der Hydraulikkammer eine Beta, tieung des Snellkolbens unterbleibt oder unterbrochen wird oder aber bei kleinerem öffnungswinkel am Ventilsitz verklemmt und auch bei Druckentlastung der Hydraulikkammer nicht vom Ventilsitz freikommt, so daß das Entlüftungsventil unwirksam ist

Demgegenüber soll erfindungsgemaß eine Stellvorrichtung dieser Art derart verbessert werden, daß auch bei höheren Drehzahlen ein störungsfreier Betneb 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 Stellkolbenachse schräg angestellt und der Rampenwinkel zwischen der Kolbenachse und dem bezüglich du, kwibenachse radial äußersten Ventilsitzabschnitt verkleinert ist.

Bei der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung laßt sich infolge der besonderen Anordnung und Ausbildung des Ventilsitzes trotz eines erwünscht großen Oflnungswinkels des konischen Ventilsitzes der Rampenwinkel /wischen der Rotationsachse und dem radial äußeren, den zentrifugalkraftbelasteten Ventilkörper abstützenden und führenden Abschnitt der Ventilsii/fläche in einfacher Weise beliebig klein halten. Hierdurch wird einerseits die bei einem zu geringen Öffnungswinkel des Ventilsitzes vorhandene Gefahr eines Verklemmens des Ventilkörpers am Ventilsitz ausgeschlossen und gewährleistet, daß das Entlüftungsventil bei Druckentlastung der Hydraulikkammer in die Öffnungslage gelangt, und zugleich wird andererseits infolge der Verkleinerung des Rampenwinkels sichergestellt, daß auch bei höheren Drehzahlen die auf den zentrifugülkraftbelasteten Veniilkörper einwirkenden Öffnungskraft die darauf bei Druckbelastung der K- draulikkammer ausgeübte Schließkraft nicht übersteigt, so da» das Entlüftungsventil bei Druckbelastung der Hydraulikkammer mit Sicherheit die Schließlage einnimmt. Somit vernvig das Entlüftungsventil der erfindungsgemäßen Stellvorrichtung auch bei sehr hohen Drehzahlen noch störungsfrei zu arbeiten.

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

Im Hinblick auf eine bauliche Vereinfachung und ein gleichförmiges Ansprechverhalten des Entlüftungsventils unabhängig von der Drehrichtung des Gehäuseteils empfiehlt es sich, daß die Achsen des Stcllkolbens und des Ventilsitzes in (aus der US-PS 2 954 040) an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen Ebene liegen und der Ventilsitz und die Eintlüftungsbohrung 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,

Fig.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 !0 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 H ist ein umlaufendes Gehäuseteil 18 drehschlüssig verbunden, tlas auf dem ortsfesten Ringflansch 14 gelagert ist und eine Hydraulikkammer 21 aufweist, in welcher ein ringförmiger, gemeinsam mit dem Gehäuseteil 18 umlaufender Stellkolben 19 axial verschiebbar angeordnet ist. Die Kupplung 24 enthält abwechselnd angeordnete Kupplungsscheiben 25, 27, von denen die Kupplungsscheiben 25 antriebsschlüssig mit dem umlaufenden Gehäuseteil 18 und die Kupplungsscheiben 27 über eine Nabe 22 antriebsschlüssig mit der Abtriebswelle 12 verbunden sind.

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 Hydrau likkammer 21 wird der Stellkolben 19 axial in seine Belätigungsstellung verschoben, in der die Kupplungs- so lcheiben 25, 27 zusammengepreßt werden und sich dabei an einer einstückig am Gehäuseteil 18 angeformten Stüt/platte 29 abstützen, wodurch die Kupplung 24 eingerückt und dadurch das umlaufende Gehäuseteil 18 antriebsschlüssig mit der Nabe 22 verbunden wird.

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

In einer Begrenzungswand der Hydraulikkamner 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 Gehäusetcils 18 verlaufen kann. Die Achsen der Entlüftungsbohrung 37 und des Stellkolbens 19 liegen in einer gemeinsamen Ebene. Koaxial in der Entlüftungsbohrung

37 ist ein konisch zur Hydraulikkammer 21 erweiterter Ventilsitz 38 angeordnet, mit dem eine metallische Ventilkugel 41 zusammenwirkt, weiche in dem erweiterten, der Hydraulikkammer 21 zugexehrten 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 Betätigungslage gebracht und die Kupplung 24 eingerückt, wobei die Vcntilkugel 41 durch den Hydraulikdruck in der Hydraulikkammer 21 dichtend gegen den Ventilsitz

38 gedruckt und dadurch die Entlüftungsbohrung 37 verschlossen wird. Da der Stellkolben 19 umläuft, wird die Ventilkugel 41 mit einer Zentrifugalkraft beaufschlagt, die die Ventilkugel 41 bezüglich der Kolbcnachse 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 21 ist diese Zentrifu galkraft jedoch ohne Einfluß auf die Stellung des Ventilkörpers 41, und zwar auch dann, wenn der Stellkolben 19 mit einer extrem hohen Drehzahl umläuft und eine entsprechend hohe Zentrifugalkraft an der Ventilkugei 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 rad-al äußersten Abschnitt des Ventilsitzes 38 verhältnismäßig klein und wesentlich kleiner ist, als der Winkel zwischen der Kolbenachse und dem radial innersten Ventilsiizabschnitt.

Im einzelnen ist die an der Ventilkugel 41 angreifende Zentrifugalkraft radial nach außen und senkrecht zur Kolbendrehachse gerichtet. Die Zentrifugalkraft läßt sich in eine senkrecht zum radial äußersten Ventilsitzabschnitt und eine parallel zum radial äußersten Ventilsitzabschnitt verlaufende Kraftkomponente zerlegen. |e kleiner der Rampenwinkel (und somii je größer der Kippwinkel zwischen der Ventilsitzachse und der Stellkolbenachse) ist. des.ο gröücr ist die senkrecht zum radial äußersten V'entilshzabschniu verlaufende Krafikoniponente und desto kleiner im die parallel zu diesem Ventilsitzabschnitt gerichtete Kraftkomponen- :„:. Da zum Verstellen der Ventilkugel 41 in die Öffnungslage eine parallel zum radial äußersten Ventilsitz abschnitt gerichtete Kraftkomponente erforderlich ist, kann bei entsprechend kleinem Rainpenwinke! eine sehr große Zentrifugalkrall an der Ventilkugcl 41 angreifen, und dennoch reicht deren parallel zum radial äußersten Ventilsitzabschnitt gerichtete Kraftkomponentc nicht aus. die Druckkraft des Hydraulikdrucks in der Hydraulikkammer 21 zu überwinden, so daß die Vcntilkugel 41 in der Schließlage verbleibt. Somit kann der Stellkolben 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 Stellkolbcn 19 durch die Rückstellfeder 31 in die Ruhelage bewegt v.ird. wird die Vcntilkugel 41 unter dem Einfluß der daran angreifenden Zentrifugalkraft in die Öffnungslage ve.-stellt. so daß die Entlüftungsbohrung 37 geöffnet wird und das in der Hydraulikkammer 21 verbliebene Strömungsmittel über die Enilüfiungsbohrung 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 Druckbeaufschlagung tier Hydraulikkammer wird die Ventilkugel 41 nicht vom Ventilsit/. 38 abgehoben, bei Druckentlastung und minimaler Beiricbsdrehzahl muß die Ventilkugel jedoch unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft vom Ventilsitz freikommen.

An S':llc der koaxialen Anordnung von Ventilsit/ 38 und Entlüftungsbohrung 37 kann die Achse der Entlüftungsbohrung 37 auch parallel zur Kolbenachsc verlaufen. Wichtig ist nur, daß die Ventilsitzachse 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. Druckm'iuelbetätigie 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 an den Ventilsitz angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des konisch ao zur Hydraulikkammer (21) erweiterten Ventilsitzes (38) gegenübe'- der Siellkolbenachse 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 (18) umlaufenden Stellkolben (19) ausgebildet ist.

3. Stellvorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen des Stellkolbens (19) und ües Ventilsitzes (38) in an sich bekannter Weise in einer gemeinsamen Ebene liegen und der Ventilsitz (38) und die Entiuftungsbohrung (37) koaxial angeordnet sind.