DE2426067A1 - Hydraulische kraftuebertragungseinrichtung - Google Patents

Description

DIpI. Ing. Helmut Zoepke Ref. 1246,0-9456 Dipl. Ing. Car! O. Zoepke

Patentanwälte .

München 5, Erhardtstraße 6

INTERNATIONAL HARVESTER COMPANY 3D teal

4ol, North Michigan Avenue

CHICAGO, Illinois 606 11

U.S.Al

HYDRAULISCHE KRAFTÜBERTRAGUNGSEINRICHTUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Kraftübertragungseinrichtung, die aus einer DruckflüssigkeitsquelIe, mindestens einem hydraulischen Steuerventil mit einem eine Bohrung sowie einen mit der DruckflüssigkeitsquelIe in Verbindung stehenden Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse sowie mindestens einem mit dem Auslaß verbundenen und nach Betätigung des Steuerventils beaufschlagbaren Hydraulikmotor und schließlich aus einem mit mehreren Steuerflächen versehenen und innerhalb der Bohrung verschiebbaren und in jeder von mehreren axialen Stellungen einstellbaren Schieber besteht, der über im Gehäuse angeordnete Ausnehmungen und Kanäle Flüssigkeitsverbindungen zwischen der Druckflüssigkeitsquelle, dem Ein- und Aualaß, den Ausnehmungen sowie dem Hydraulikmotor und einem Flüssigkeitssumpf herzustellen erlaubt.

Bei solchen Kraftübertragungseinrichtungen ist es durch entsprechendes axiales Verstellen des Schiebers innerhalb der Bohrung des Gehäuses möglich, eine Flüssigkeitsverbindung zwischen dem Auslaß und einigen Ausnehmungen aufrechtzuhalten und die Flüssigkeitsströmung von dem unter Druck stehenden Einlaß zu einigen Ausneh- . mungen zu blockieren sowie einige Ausnehmungen mit dem Pumpensumpf in Verbindung zu bringen.

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Während der Verstellbewegung ist der Schieber den verschiedensten Kräften sowohl radialer und axialer Art ausgesetzt. Infolge der symmetrischen Ausbildung des Schiebers gleichen sich die radialen Kräfte weitgehend aus, so daß sie keinen Einfluß auf die Schieberbetätigung haben. Die aufgrund von Änderungen der Flüssigkeitsbewegung erzeugten axialen Kräfte lassen sich jedoch nicht so leicht beherrschen, wie das beim Stand der Technik, z.B. in den US-Patentschriften 3 oo9 48o und 24 58o angegeben ist.

Zu den auf den Schieber einwirkenden Axialkräften gehören die Trägheitskraft, die leicht berechenbar und gewöhnlich klein ist; ferner Reibungskräfte, die nicht so genau berechnet werden können, jedoch ebenfalls bei einem entsprechend und geeignet ausgebildeten Ventil ebenfalls klein sein sollten. Darüber hinaus gibt es verschiedene weitere Kräfte, die aufgrund der Strömung der Druckflüssigkeit durch das Steuerventil als axiale Kräfte auf den Schieber einwirken. Diese zuletzt genannten Kräfte sind als Strömungskräfte bekannt, deren Ursache leicht erklärlich ist. Die Steuerflächen des Ventilschiebers bilden zusammen mit den Steuerflächen der Gehäusebohrung in den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Ausnehmungen veränderbare Zumeßöffnurigen. Jeweils ein Paar Steuerflächen begrenzt entweder bei ihrem öffnen oder Schließen die Flüssigkeitsströmung. Da dieser Vorgang für die Erzeugung der Strömungskräfte maßgebend ist, ist die erzeugte Strömungsgeschwindigkeit gering, wenn beide Paare der Steuerflächen normalerweise offen sind. Es wurde dabei erkannt, daß der Winkel, unter dem sich der Flüssigkeitsstrom entlang den Steuerflächen bewegt, der kritische Faktor ist. Nähert sich der Winkel 90°, so gehen die axialen Kräfte gegen Null.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydraulische Kraftübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die bei offener Mitte auf den Schieber einwirkenden Strömungskräfte verringert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerflächen des Schiebers'im wesentlichen vertikal zu dessen Achse verlaufende Nuten mit einer während des Vorbeiströmens von Hochdruck-

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flüssigkeit einen Niederdruck erzeugenden und die Flüssigkeitsströmung ablenkenden Einsenkung aufweisen. Durch die Mittelnach der Erfindung wird die ausströmende Flüssigkeitsmenge etwa unter einem Winkel von nahezu 9O° abgeleitet. Hierdurch werden die in axialer Richtung wirkenden Strömungskräfte auf den Schieber wesentlich verringert.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine hydraulische Steuereinrichtung der Kraftübertragungseinrichtung,

einen Schieber der Steuereinrichtung,

einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung in vergrößertem Maßstab und

eine Einzelheit des Schiebers mit der Anordnung der Niederdruckbereiche und dem möglichen Strömungsverlauf.

Eine in Fig. 1 dargestellte hydraulische Krafttibertragungseinrichtung Io besitzt eine Druckfltissigkeitsquelle in Gestalt einer Pumpe 12, ein hydraulisches Steuerventil 14 und einen Hydraulikzylinder oder Hydraulikmotor 16. Sowohl die Pumpe 12 als auch der Hydraulikzylinder 16 sowie die Bauteile miteinander verbindende Leitungen sind in bekannter Weise als Standardteile ausgebildet, so daß eine weitere Erklärung nicht notwendig erscheint. Das hydraulische Steuerventil 14 besitzt ein Gehäuse 18, mit Arbeitsöffnungen 2o und 22, einer Hochdruckeinlaßöffnung 24, einer Bohrung 26 gleichbleibenden Durchmessers mit einem darin verschieblieh gelagerten Schieber 28 und einer Reihe von Kanälen, die nachfolgend ausführlicher erläutert werden.

Die Hochdruckflüssigkeit aufweisende Kanäle führen zu der gewünschten Seite des Hydraulikzylinders 16, während die Ablaufflüssigkeit führenden Kanäle von der gegenüberliegenden Seite des Hydraulikmotors 16 zum Pumpensumpf führen. Zu den Flüssigkeitskanälen gehören ringförmige Ausnehmungen 3o, 32, eine Zulaufkammer 34, ein Verbindungskanal 36, ein erster Öffnungskanal 38, ein zweiter Öffnungskanal 4o und ein

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erster und zweiter Ablaufkanal W. und 44. Es ist zu beachten, daß der erste und zweite Ablaufkanal 42 und 44 in der Praxis zusätzliche Einrichtungen 46, 48 wie beispielsweise Antikavitationseinrichtungen oder Druckbegrenzungsventile, enthalten. Jeder dieser Einrichtungen 46, 48 kann in Kombination in diesem Ventil angewendet werden. Unter normalen Umständen verhindern die Einrichtungen 46 und 48 eine Verbindung der Hochdruckflüssigkeit vom Öffnungskanal 38 zum Ablaufkanal 42 oder vom Öffnungskanal 4o zum Ablaufkanal 44.

Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich speziell auf die Bohrung 26 und den Schieber 28, worin die Erfindung verankert ist. Die während eines Arbeitsspiels des Ventilschiebers 2 8 auftretenden axialen Strömungskräfte können in zwei Gruppen unterteilt werden, nämlich die im offenen Mittelstellungsbereich auf den Schieber wirksamen Kräfte, die sogenannten Mittelströmungskräfte (open center flow forces) und die beidseitig des Mittelstellungsbereichs auf den Schieber wirksamen Kräfte, die sogenannten Doppelströmungskräfte (tandem center flow forces).

Im folgenden werden die im offenen Mittelstellungsbereich auf den Schieber wirksamen Kräfte erläutert. Diese Mittelströmungskräfte entstehen im Bereich 5o des Schiebers 28, der mit einer Reihe offener Mittelstellungs-Steuerflächen 56 versehen ist. Weitere Steuerflächen 58 und 6o sind durch im Durchmesser kleinere Stege 62 und 64 von den ersten Steuerflächen getrennt. Die weiter oben erwähnten ringförmigen Ausnehmungen bzw. Kammern 3o, 32 und 34 sind durch mehrere feste Steuerflächen 66 und 68 voneinander getrennt. So sind die Ausnehmungen 3o und 32, welche die Bohrung 26 umgeben, von der Zulaufkammer 34 durch die festen Steuerflächen 66 und 68 getrennt. Anhand der Fig. ergibt sich die Anordnung der Steuerflächen am Schieber 28. Jede der Mittelstellungs-Steuerflächen besitzt eine Steuerkante 7o, 72, 74 und 76. Die betreffenden Steuerkanten sind von den Stegen 62 oder durch Stirnflächen 78, 8o, 82 und 84 sowie kleine Auskehlungen, z.B. 86, am Übergang zu den Stegen voneinander getrennt. Die Stege 62 und 64 bilden einen zweiten Durchmesserteil, der sich parallel zu der Hauptachse des Schiebers 2 8 erstreckt. Bei einer Bewegung des

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Schiebers 2 8 nach rechts oder links gelangen die Steuerkanten der festen Steuerflächen und die Steuerkanten der am Schieber sitzenden Steuerflächen in überdeckung miteinander, so daß an jeder Kante eine Hochdruckflüssigkeitsabdichtung erreicht wird.

In Fig. 3 sind zwei Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Die besondere Ausgestaltung der beiden Arten der Nuten 88 und 9oa und 9ob erfolgt unter Berücksichtigung der Steuerflächen, in denen sie eingebracht sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Nuten in den Steuerflächen 58 und 6o eingebracht. Es versteht sich jedoch, daß die Nuten auch in der mittleren Steuerfläche 56 vorgesehen sein können. Eine eingehende Erklärung der Nut 9oa, die auch in Fig. 4 dargestellt ist, erfolgt nachfolgend. Die gleiche Erläuterung gilt aber auch für die Nut 88. Die Nut 9oa schneidet die Steuerkante 76 und die Stirnfläche 84, so daß sich durch die führende Steuerkante 76 bei Annährung an die feste Steuerfläche 68 eine veränderliche öffnung ergibt. Da die Hochdruckflüssigkeit über die Nut 9oa abgelenkt wird, ergibt sich eine einen Niederdruckabfall erzeugende Einsenkung 94a, 94b.

Da die Druckflüssigkeitsgeschwindigkeit mit zunehmender Verengung der veränderlichen öffnung zunimmt, ergibt sich durch das Vorbeiströmen der Flüssigkeit entlang der Einsenkung 94a in dieser eine Erniedrigung des Druckes. Die Druckdifferenz reicht aus, um den Flüssigkeitsstrom derart abzulenken, daß er im wesentlichen entlang der benachbarten Fläche 93 strömt und von der Nut 9oa im wesentlichen unter einem Winkel abgeführt wird, der im wesentlichen vertikal zu der Hauptachse des Schiebers 2 8 ist. Die Niederdruck-Einsenkung und die Ablenkung des Flüssigkeitsstromes sind in Fig. 4 näher dargestellt.

Die Nut 9oa besitzt beispielsweise eine Vertiefung 96, welche die Steuerkante 76 und die Stirnfläche 84 der Steuerfläche 6o und dis Einsenkung 94a schneidet. In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Vertiefung 96 im wesentlichen vertikal in den Schieber 28, obgleich natürlich der Verlauf auch unter einem Winkel erfolgen könnte. Die Einsenkung 94a erstreckt sich bündig zur Vertiefung 96 und ferner im wesentlichen innerhalb des Durchmessers des Steges Die Einsenkung 94a besitzt eine Kammer mit einer Reihe sie begren-

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zender Seitenflächen, von denen die dem Hochdruck ausgesetzte Seite unterbrochen ist.

Eine geringfügige Abänderung ist im linken Teil der Fig. 3 gezeigt, wo sich die Nut 88 durch den Schieber 28 erstreckt. Einen Niederdruckbereich 92 ergibt sich aufgrund der Strömung von Hochdruckflüssigkeit durch die Vertiefungen 85 und 87. Die Strömung in beiden Vertiefungen besitzt die gleiche Charakteristik und erzeugt die gleichen.Kräfte, die den Niederdruckbereich 92 im wesentlichen zentriert halten. Durch Versuche mit dem betroffenen Hydraulikventil kann die exakte Anordnung der in offener Mittelstellung wirksamen Zumeßnuten und damit die Art der. Niederdruckeinsenkungen festgelegt werden. Das kritische Merkmal für die Nuten ist die Anordnung der Niederdruck-Einsenkungen und somit nicht besonders abhängig von der Gesamtgestaltung oder Lage der Nuten.

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Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE

   l.JHydraulisehe Kraftübertragungseinrichtung, bestehend aus einer Druckflüssigkeitsquelle, mindestens einem hydraulischen Steuerventil mit einem eine Bohrung sowie einen mit der Druckflüssigkeitsquelle in Verbindung stehenden Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse sowie mindestens einem mit dem Auslaß verbundenden und nach Betätigung des Steuerventils mit Druckflüssigkeit beaufschlagbaren Hydraulikmotor und schließlich aus einem mit mehreren Steuerflächen versehenen und innerhalb der Bohrung verschiebbaren und in jeder von mehreren axialen Stellungen einstellbaren Schieber, der über im Gehäuse angeordnete Ausnehmungen und Kanäle Flüssigkeitsverbindungen zwischen der Druckflüssigkeitsquelle, dem Ein- und Auslaß, den Ausnehmungen sowie dem Hydraulikmotor und einem Flüssigkeitssumpf herzustellen erlaubt, dadurch gekennzeichnet,daß die Steuerflächen (58,60 oder 56) des Schiebers (28) im wesentlichen vertikal zu dessen Achse verlaufende Nuten (88,9oa,9ob) mit einer während des Vorbeiströmens von Hochdruckflüssigkeit einen Niederdruck erzeugenden und die Flüssigkeitsströmung ablenkenden Einsenkung (94a,94b,92) aufweisen.
2. 2. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (88,9oa,9ob) neben der Einsenkung (94a,94b,92) eine Kanten (7o,76 oder 72,74) und Stirnflächen (78,84 oder 80,82). der Steuerflächen (58,60 oder 56) schneidende Vertiefung (96,85,87) aufweisen.
3. 3. Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen (94a,94b) Kammern mit sie begrenzenden Seitenflächen aufweisen, von denen eine unterbrochen ist.

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4. 4. Kraftübertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsenkungen (94a,94b) innerhalb des Durchmessers von sich zwischen den Steuerflächen (58,6o oder 56) des Schiebers (28) erstrekkenden Stegen (64) angeordnet sind.
5. 5. Kraftübertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nut

   (88) durch den Schieber (28) erstreckt.
6. 6. Kraftübertragungseinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einsenkung (94a,94b) im wesentlichen bündig zur Vertiefung (96) erstreckt.

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