DE2162919C3 - Umsteuerventil mit geringen Strömungs- und Leckverlusten - Google Patents

Description

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«rig in unmittelbarer Verbindung mit einer Pumpe oder einem Hydraulikmotor untergebracht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Umsteuerventil gemäß Anspruch 1 gelöst

Mit dem erfindungsgemäßen Umsteuerventil wird durch Verdrehen des Schaltorgans, welches zwei einander diametral gegenüberliegende Strömungsmitteldurchlässe aufweist, deren Querschnitt im wesentlichen den Querschnitten der öffnungen des Ventilgehäuses entspricht bei gleichbleibender Strömungsrichtung auf der Einlaßseite eine Umkehr der Strömungsrichtung auf der Auslaßseite erreicht In einer Normalstellung ist ein geradliniger Durchgang in dem Umsteuerventil gegeben, während in der Umkehrstellung eine Umleitung des Druckmediums zwischen den Primär- und Sekundär-Einlaß- und Auslaßöffnungen stattfindet Die Normalstellung entspricht der häufiger gebrauchten Stellung beim Einbau in ein Kraftfahrzeug der Vorwärtsstellung, während die Umkehrstellung einer Stellung entspricht in der Ladungsverluste in Kauf genommen werden können.

Das Schaltorgan hat auch gleichzeuig Dichtaufgaben zu erfüllen, da in der Normalstellung die Sekundär-Einlaß- und Auslaßöffnungen und in der Umkehrstellung die Primär-Einlaß- und Auslaßöffnungen voneinander abzudichten sind. Die geforderte Dichtigkeit wird durch Schließorgane sichergestellt, die am Schaltorgan im Winkel versetzt zu den Strömungsmitteldurchlässen angeordnet sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeij?t

F i g. 1 eine Schnittansicht des Ventils gemäß der Erfindung entlang der Linie II der F i g. 2,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Schaltorgan des Ventils in der Ebene H-H der F i g. 1,

Fig.3 einen Teil-Längsschnitt einer Pumpe mit einem eingebauten Ventil gemäß der Erfindung,

F i g. 4 eine auseinandergezogene Teilansicht, welche die Stellungen der verschiedenen Ventilöffnungen zueinander zeigt und

Fig.5 eine schematische Darstellung einer möglichen Betätigungseinrichtung für das Ventil gemäß der Erfindung.

Wie insbesondere aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist, umfaßt das Ventil gemäß der Erfindung ein Schaltorgan 18, welches die Form eines achen, drehbaren Zylinders aufweist und zwischen zwei parallelen Flächen 9 und 17 eines Ventilgehäuses angeordnet ist.

Das Schaltorgan 18 weist Strömungsmittel-Durchtrittsöffnungen 19 und 19' auf, die symmetrisch zu seiner Drehachse angeordnet sind. Die Durchtrittsoffnungen 19 und 19' münden zu den Flächen 9 und 17 aus.

Das Ventilgehäuse umfaßt ferner zwei Primär-Einlaßöffnungen 10 und W, welche zur Fläche 9 ausmünden, sowie zwei Primär-Auslaßöffnungen 14,14' welche zur Fläche 17 hin ausmünden.

Sekundär-Einlaß- und Auslaßöffnungen entsprechen in ihrer Form jeweils den Öffnungen 10,10' und 14.14'. Sie sind auf jeder Seite des Schaltorgans jeweils einander diametral gegenüberliegend angeordnet

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Sekundär-Einlaßöffnungen 15,15', die in der Fläche 9 des Ventilgehäuses angeordnet sind, mit den Pnmär-Einlaßöffnungen verbunden und in bezug auf diese um im Winkel versetzt angeordnet Wenn das Schaltorgan die in F i g. 4 dargestellte Lage einnimmt, verbindet die Durchtrittsöffnung 19 die Öffnung 10 unmittelbar mit der öffnung 14, während die Durchtrittsöffnung 19' die öffnung 10" unmittelbar mit der öffnung 14' verbindet Das Schaltorgan 18 umfaßt zwei ringförmige Dichtflächen 20, welche gegen die Fläche 9 des Ventilgehäuses anliegen und jeweils eine der Durchtrittsoffnungen 19 und 19" umgeben.

Das Schaltorgan 18 umfaßt ferner elastische Flachdichtungen 21, 21', welche gegen die Fläche 17 des Ventilgehäuses anliegen. Jede dieser Dichtungen umgibt eine der Durchtrittsoffnungen 19, 19' und ist jeweils in dieser gleitbar geführt

Das Schaltorgan 18 wird durch die kombinierte Wirkung des im Ventil herrschenden Innendruckes und einer elastischen Dichtung 50 in Anlage gegen die Fläehe 9 des Ventilgehäuses geteilten. Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform können die Flachdichtungen 21, 21' Rücken an Rücken mit ihren elastischen Dichtungen 50 angeordnet sein und gegen beide Flächen des Ventilgehäuses in Anlage gehalten werden. Die Sekundär-Einlaßöffnungen 15, 15' sind mit den Primär-Einlaßöffnungen 10, 10' durch im Innern des Ventilgehäuses ausgebildete Kanäle verbundea

Die Fläche 17 weist ebenfalls zwei Sekundär-Auslaß-Öffnungen 16, 16' auf, die gegenüber den Primär-Aus- iS laßöffnungen 14, 14' um 90° versetzt sind. Die Sekundär-Auslaßöffnungen sind durch im Ventilgehäuse angeordnete Kanäle mit den Primär-Auslaßöffnungen verbanden.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Winkelversetzungen der Sekundär-Einlaß- und Auslaßöffnungen entgegengesetzt gerichtet, wie aus F i g. 4 ersichtlich ist.

Auf Grund der Anordnung der verschiedenen öffnungen ergibt sich, wenn das Schaltorgan 18 mit seinen Durchtrittsoffnungen 19, 19' gegenüber der in F i g. 4 dargestellten Lage um 90° verdreht wird, eine Umkehr der Förderrichtung des Strömungsmittels.

Zum Zwecke der Abdichtung zwischen dem das Schaltorgan aufnehmenden Raum und den Primär- und Sekundär-Einlaß- und Auslaßöffnungen 10, 10'. 15, 15', 14, 14', 16, 16', die nicht mit den Durchtrittsoffnungen 19,19' in Verbindung stehen, sind im Schaltorgan zwei Ausnehmungen 22, 22' angeordnet, die zur Fläche 17 des Vemilgehäuses hin offen sind. Die Ausnehmungen 22, 22' sind in bezug auf die Drehachse des Schaltorgans symmetrisch zueinander angeordnet und in bezug auf die mit den Flachdichtungen 21, 2Γ versehenen Durchtrittsoffnungen 19,19' um 90° versetzt.

In der Draufsicht entspricht die Form dieser Ausnehmungen genau dem Außenumfang der elastischen Flachdichtungen 21,21'.

In jeder der Aussparungen sind mit möglichst geringem Spiel ein oder zwei Schließorgane für die öffnungen des Vemilgehäuses gleitbar geführt. Diese Schließ-55 organe können z. B. als Kolben 23,23' ausgebildet sein, die auch Rücken an Rücken angeordnet sein können, je nachdem, ob die Ausnehmungen als Sacklöcher ausgebildet sind oder zur Fläche 9 des Schaltorgans 18 hin ausmünden.

60 Die Kolben 23, 23' tragen auf ihrer der Fläche zugekehrten Stirnseite eine ebene, ringförmige Dichtfläche, welche der ringförmigen Dichtfläche 20 der Dichtungen 21, 21' gleicht und entgegengesetzt zu der gegen die Fläche 9 des Ventilgehäuses anliegenden, 65 ringförmigen Dichtfläche angeordnet ist. Eine auf dem Boden einer jeden Ausnehmung 22, 22' angeordnete Ringdichtung 24 drückt die Kolben 23, 23' gegen die Fläche 17 und verhindert gleichzeitig Leckverluste zwi-

sehen den Kolben 23,23' und den Wänden der Ausnehmungen 22, 22'. Im Boden einer jeden Aussparung 22, 22' befindet sich eine Bohrung 26, welche in den Raum zwischen dem Boden der Aussparung und den Kolben 23, 23' mündet Eine Bohrung 25 im Kolben 23, 23' mündet in den gleichen Raum. Ein Ventilkörper 27, der z. B. als Kugel ausgebildet sein kann, ist in dem genannten Raum O(*er zwischen den beiden Rücken an Rücken angeordneten Kolben angeordnet und kann jeweils eine der Bohrungen 25 oder 26 verschließen, wenn der anderen Bohrung Druckmittel zugeführt wird.

F i g. 3 zeigt einen Teil einer Kolbenpumpe mit einer Zylindertrommel, in weiche ein Ventil gemäß der Erfindung eingebaut ist

Diese Pumpe umfaßt in an sich bekannter Weise eine Welle 1, von der ein Lager in der Zeichnung nicht dargestellt ist und die eine Zylindertrommel 2 trägt. Die Bohrungen 3 der Zylindertrommel verlaufen parallel zur Achse der Welle 1 und dienen zur Aufnahme von Kolben 4. Die Verteilung des Druckmittels erfolgt mittels der Verteilerplatte 5. deren Fläche 6 mit öffnungen 7 an der Stirnseite der die Kolben führenden Bohrungen unter Ausnutzung des Vorteils kurzer Ventilwege unmittelbar zusammenwirkt Die Förder- und Ansaugnuten 8.8' der Verteilerplatte sind in an sich bekannter Weise bohnenförmig ausgebildet und stehen über einen im Inneren der Verteilerscheibe ausgebildeten Kanal mit den in der Stirnfläche 9 der Verteilerscheibe angeordneten Primär-Einlaßöffnungen 10. 10' in Verbindung. Die Form der öffnungen 10 und 10' ist in F i g. 3 dargestellt Die Verteilerplatte 5 ist am Pumpendeckel 12 befestigt Zwischen dem Pumpendeckel 12 und der Verteilerplatte 5 ist eine Kammer 13 angeordnet die im allgemeinen die Form eines flachen Zylinders aufweist und das vorstehend beschriebene Ventil enthält. Der Deckel 12 ist ferner mit Primär-Auslaßöffnungen 14 und 14' versehen, die in Verlängerungen der öffnungen 10 und 10' der Verteilerplatte 5 angeordnet sind und die gleichen Abmessungen wie diese aufweisen. Es ist daher ersichtlich, daß die beiden öffnungen 10 und IV ebenso wie die öffnungen 14 und 14' symmetrisch in bezug auf die Achse der Pumpe angeordnet sind. In die Fläche 9 der Verteilerplatte 5 münden ferner zwei weitere Sekundär-Einlaßöffnungen 15 und 15', welche die gleichen Abmessungen wie die öffnungen 10 und IV aufweisen. In der Ebene der Fläche 9 verläuft die Symmetrieachse der öffnungen 15 und 15' senkrecht zur Symmetrieachse der öffnungen 10 und 10'. Die öffnungen 45 und 15' sind jeweils durch innerhalb der Verteilerplatte 5 angeordnete Kanäle mit den öffnungen IO und IV verbunden. Ebenso sind zwei Sekundär-Auslaßöffnungen 16 and 16' mit der Fläche 17 des Deckels 12 verbunden. Diese Öffnungen liegen jeweib den öffnungen 15 und 15* gegenüber. Die öffnung 16' ist mit der «Öffnung 14 und die öffnung 16 mit der Öffnung 14' durch innenliegende Kanäle verbunden. Die Öffnungen 14 und 14' sind ihrerseits mit den Einlaß- und Auslaßöffmmgen der Pumpe verbanden. Wenn das Ventil sich in der in F i g. 4 dargestellten Lage befindet verbindet die Durchtrittsöffnung 19 die öffnung 10 mit der Offntmg 14, während die Durchtrittsöffnung 19' die öffnung IV mit der Öffnung 14' verbindet

Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung strömt z. B. das Strömungsmittel von der Öffnung 10' durch die Durchtrittsöffnung 19* zur öffnung 14', wobei ange- 6s miiien sei, daß das Strömungsmittel unter hohem Druck stellt Das unter niedrigem Druck stehende Strömungsmittel fließt dagegen von der öffnung 14 durch die Durchtrittsöffnung 19 zur öffnung 10. Die mit der öffnung 10' in Verbindung stehende öffnung 15' steht unter hohem Druck ebenso wie die öffnung 16, die mit der öffnung 14' in Verbindung steht Die mit der öffnung 10 verbundene öffnung 15 steht dagegen, ebenso wie die mit der öffnung 14 verbundene öffnung 16', unter niedrigem Druck.

Es ist bereits ausgeführt worden, daß die Dichtflächen 20 den Strömungsweg von 14 nach 10 und von 14' nach 10' abdichten. Unter dem von 15' her an der Bohrung 26 wirksam werdenden hohen Druck schließt der Ventilkörper 27 die Bohrung 25. Dadurch wird der Kolben 23 gegen die Fläche 17 gedrückt während das Schaltorgan 18 gegen die Räche 9 (F i g. 1) zur Anlage gebracht wird. Gleichzeitig wirkt der in der öffnung 16 herrschende, niedrige Druck durch die Bohrung 25' des Kolbens 23'. welcher dem Kolben 23 diametral gegenüberliegt Der Ventilkörper 27' schließt die Bohrung 26', und der Kolben 23' wird gegen die Fläche 17 gedrückt. Zum Umkehren der Strömungsrichtung braucht lediglich das Schaltorgan 18 um 90° verdreht zu werden. Für die Bypass-Stellung wird das Schaltorgan nut um 45° verdreht wobei alle öffnungen miteinander in Verbindung stehen.

Es ist ferner zu beachten, daß die öffnungen 15, 15', 16 und 16' in bestimmten Fällen viel kleiner sein können als die öffnungen 10,10', 14 und 14'. weil bei Einsatz der Pumpe in einem Fahrzeug die Geschwindigkeit im Rückwärtsgang viel geringer ist als die Geschwindigkeit bei Vorwärtsfahrt Da außerdem der Rückwärtsgang meist nur wenig benutzt wird, kann man höhere Ladungsverluste in Kauf nehmen. Aus der F i g. 3 ist deshalb ersichtlich, daß die Pumpe und das Ventil stets so konstruiert werden können, daß in der Stellung des Schaltorgans, die der größten Förderleistung entspricht zwischen den öffnungen 10 und 10' und den öffnungen 14 und 14' praktisch keinerlei Richtungs- und Querschnittsänderungen auftretea

Der Drehantrieb des Schaltorgans des Ventils kann in verschiedener Weise erfolgen, nämlich:

mechanisch: — durch eine umlaufende, mittig angeordnete Welle,

— durch eine am Umfang des Organs 18 ausgebildete Verzahnung, die mit einer Zahnstange oder mit einem Zahnrad zusammenwirkt oder hydraulisch.

F i g. 5 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines hydraulischen Antriebs für das Schaltorgaa In diesem Fall bildet das Ventil den Läufer eines hydraulischen Motors, der durch Ventile abgedichtet ist die hier als Rollen 30,31,32 ausgebildet sind. Die Höhe der Rollen entspricht der Höhe der Kammer 13, während ihre Breite der Breite des Schaltorgans 18 entspricht Führt man der dem Rückwärtsgang entsprechenden öffnung 40 Druckmittel zu, so baut sich in den Kammern 33 und

34 ein Druck auf. Wenn die Roue 32 auf Anschlag geht muß die RoDe 30 das Schaltorgan 18 bis zum Anschlag

35 verdrehen. Wird hierauf die dem Vorwärtsgang entsprechende Öffnung 4t mit Druckmittel gespeist so wird das Schaltorgan 18 so lange verdreht, bis die RoDe 30 gegen den Anschlag 36 zur Anlage kommt WBI man eine Bypass-Stellung des Ventils, so können entweder in den Kammern 34 und 34' Federn angeordnet werden, welche das Organ 18 in die gewünschte Stellung bringen, wenn die beiden öffnungen drucklos sind, oder aber es können die öffnungen 40 und 41 gleichzeitig mit Druckmittel gespeist werden. Die Rollen 31 und 32 bringen dabei das Ventil automatisch in die in F i g. 5 gezeigte Stellung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Umsteuerventil, mit einem zylindrischen Schaltorgan mit zwei Strömungsmitteldurchlässen, das zwischen einer ersten ebenen Fläche und einer zweiten ebenen Fläche eines Ventilgehäuses drehbar ist, zwei Primär-Einlaßöffnungen, die einander diametral gegenüberliegend im Ventilgehäuse ausgebildet sind und in der Ebene der ersten Fläche münden, und mit zwei Primär-Auslaßöffnungen, die im Ventilgehäuse ausgebildet sind und in der Ebene der zweiten Fläche münden, wobei diese Öffnungen jeweils durch die Durchlässe des Schaltorgans miteinander verbindbar sind, gekennzeichnet durch zwei Sekundär-Auslaßöffnungen (16, 16'), die jeweils zu den Primär-Ein- und Auslaßöffnungen (10, 10', 14, 14') versetzt eininder-diametral gegenüberliegend in der Ebene der ersten Fläche (9) bzw. der zweiten Fläche (17) des Ventilgehäuses münden, paarweise jeweils nach verschiedenen Winkelrichtungen mit den Primär-Ein- bzw. Auslaßöffnungen in Verbindung stehen und durch die Durchlässe (19, 19') des Schaltorgans miteinander verbindbar sind, wobei das Schaltorgan (18) zu den Durchtrittsöffnungen (19, 19') im Winke! versetzt angeordnete Schließorgane {23,23') zum dichten Abschließen der diametral gegenüberliegenden Primär- oder Sekundär-Ein- und Auslaßöffnungen trägt.

2. Umsteuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließorgane in Ausnehmungen (22, 22') des Schaltorgans (18) bewegliche Kolben (23. 23') sind, die ebene, dem Verlauf der Öffnungen des Ventilgehäuses angepaßte ringförmige Dichtflächen tragen und durch in die Ausnehmungen eingeleitetes Druckmedium gegen eine Flaehe (9,17) des Ventilgehäuses belastet sind.

3. Umsteuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltorgan (18) auf der den Schließorganen (23, 23') gegenüberliegenden Seite ebenfalls ebene, dem Verlauf der Öffnungen des Ventilgehäuses angepaßte ringförmige Dichtflächen trägt.

4. Umsteuerventil nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Schließorgane (23, 23') eine Bohrung (25, 25') aufweist, die an den Stirnflächen des Schließorgans mündet und durch einen Ventilkörper (27, 27') verschließbar ist, welcher zwischen dem Boden der entsprechenden Ausnehmung (22, 22') des Schaltorgans (18) und der benachbart gegenüberliegenden Stirnfläche des Schließorgans angeordnet ist, daß die Ausnehmungen (22, 22') in uie der zweiten Fläche (17) des Ventilgehäuses gegenüberliegende Stirnfläche des Schaltorgans (18) münden und daß zwischen dem Boden der Ausnehmungen und der anderen Stirnfläche des Schaltorgans Bohrungen (26, 26') vorgesehen sind, die den Bohrungen (25, 25') der Schließorgane (23, 23') gegenüberliegen und durch den gleichen Ventilkörper (27,27') verschließbar sind.

5. Anordnung des Umsteuerventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Pumpe oder einem hydraulischen Motor, derart, daß ein Deckel (12) oder das Gehäuse der Pumpe bzw. des Motors das Ventilgehäuse bilden, in dem das Schaltorgan (18) drehbar ist und die Durchlässe (19,19') des Schaltorgans in direkter hydraulischer Verbindung mit den Strömungsmitteleinlaß- und -auslaßöffnungen stehen.

Die Erfindung betrifft ein Umsteuerventil, wie es in vorteilhafter Weise in hydrostatischen Getrieben für Fahrzeuge Verwendung findet

Es sind Umsteuerventile bekannt, deren hin- und herbeweglicher Ventilschieber in einem mit zwei Einlaß- und zwei AuslaßöffEungen für das Strömungsmittel versehenen Ventilgehäuse drei verschiedene Stellungen einnehmen kann, wodurch eine Umkehr der Förderrichtung und eine Bypass-Stellung erzielt werden.

In einer ersten Stellung stellt der Ventilschieber jeweils eine Verbindung zwischen jeder der beiden Einlaßöffnungen und den beiden entsprechenden Auslaßöffnungen her; in einer zweiten Stellung des Ventilschiebers, der Bypass-Stellung, besteht ein hydraulischer Kurzschluß zwischen den verschiedenen öffnungen; in einer dritten Stellung verbindet der Ventilschieber über einen im Ventilgehäuse ausgebildeten Kanal die Ein- und Auslaßöffnungen kreuzweise, so daß sich gegenüber der ersten Stellung eine Umkehr der Strömungsrichtung ergibt.

Die inneren Ladungsverluste derartiger Umsteuerventile sind auf Grund der Querschnittsänderungen der Strömungsmitteldurchlässe und der Änderungen der Strömungsrichtung verhältnismäßig hoch.

Es ist ferner festzustellen, daß bei diesen Umsteuerventilen häufig innere Leckverluste zwischen den verschiedenen Strömungswegen auftreten, wobei diese Verluste um so größer sind, je kleiner die Bewegungen des Schiebers sind. Will man diese inneren Leckverluste verringern, so muß man das zwischen dem Ventilschieber und der ihn führenden Bohrung des Ventilgehäuses bestehende Spiel so klein wie möglich halten.

Beispielsweise aus dem Katalog AE 300 der Weatherhead Comp. Cleveland Ohio von 1968 sind ferner Drehschieber-Umsteuerventile bekannt, bei denen die hydraulischen Strömungswege durch ein drehbares Schaltorgan geschaltet werden, das die für den Betrieb des Ventils erforderlichen Strömungsmitteldurchlässe enthält. Die Verbindung zwischen dem drehbaren Schaltorgan und dem Ventilgehäuse ist durch Flachdichtungen lecksicher gehalten.

Der Aufbau dieser Drehschieber-Umsteuerventile bedingt mehrere Richtungs- und Querschnittsänderungen der Strömungsmitteldurchlässe. Solche Ventile v/eisen deshalb hohe innere Verluste auf. Ihr Funktionsprinzip steht außerdem einer fluchtenden Anordnung der Einlaß- und Auslaßöffnungen entgegen.

Ein Drehschieber-Umsteuerventil ist schließlich aus der US-PS I 682 624 bekannt, das jedoch nicht die Wirkungsweise der erstgenannten Umsteuerventile besitzt. Ausgehend von einer einzigen Speiseleitung soll vielmehr abwechselnd eine von zwei Verteileröffnungen mit Strömungsmittel versorgt werden. Das zwischen ebenen Flächen eines Ventilgehäuses drehbare Schaltorgan besitzt vier Durchlässe, die an den Stirnseiten des Schaltorgans münden. In der einen ebenen Fläche des Ventilgehäuses, nämlich dem Ventildecke!, sind zwei Einlaßöffnungen und zwei Verteileröffnungen ausgebildet. In der anderen ebenen Fläche des Ventilgehäuses münden zwei öffnungen, die je nach Stellung des Schaltorgans die Rolle eines Einlasses oder Auslasses spielen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Umsteuerventil zu schaffen,

— bei dem die inneren Ladungsverluste zumindest in einer Ventilstellung vernachlässigbar sind,

— bei welchem die inneren Leckverluste gering sind und

— das auf Grund eines geringen Raumbedarfs gün-