DE2514593C3 - Steuerventil für hydraulisch betätigte Lamellen-Kupplungen - Google Patents

Description

Hydraulisch betätigte Reibungskupplungen, insbesondere Lamellen-Kupplungen, benötigen für ihre Betätigung Druckregelventile, die neben der Rcgelfunktion auch eine Schaltfunktion ausüben. Die Grundform solcher Ventile ist allgemein bekannt und beispielsweise im Herion-Taschenbuch 1969, Seite 159 bis 162, beschrieben.
Durch derartige Druckregelventile gesteuerte Lamellen-Kupplungen haben folgenden Nachteil. Wenn im Betrieb der Kupplung der Betätigungsdruck geringer wird, z. B. durch Undichtwerden einer Druckmittelzuführungsleitung, so wird ab einem bestimmten

ίο Anpreßdruck der Lamellen das Lastmoment nicht mehr übertragen. Die Lamellen rutschen und die Kupplung kann nach wenigen Sekunden zerstört werden.

Ziel der Erfindung ist ein Steuerventil, das genügend Sicherheit gegen Reibverschleiß der zu steuernden Kupplung bietet, eine gedrängte Bauart aufweist und einfach herzustellen ist.

Die der Patentanmeldung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen beschriebene Erfindung gelöst.

Ein Ventil nach der Erfindung schaltet die Kupplung nach Absinken des Betätigungsdruckes genügend schnell ah, so daß die Kupplung nicht zerstört wird. Nach dem Wiederansteigen des Betätigungsdruckes schaltet sich die Kupplung selbsttätig wieder ein.

In einer Ausführungsform ist das Entlüftungsventil in an sich bekannter Weise als Stufenkolben ausgebildet, der beim Anstieg wie auch beim Absinken des Betätigungsdruckes den Einlaß des Druckmittels bzw.

so das Entlüften der Kupplung mit kurzer Schaltzeit steuert. Dabei erfolgt das Ausschalten der Kupplung bei einem niedrigeren Druck als das Wiedereinschalten. Dadurch wird ein Pendeln des Ventils zwischen beiden Antriebszuständen vermieden.

J5 Eine kurze, gedrängte Bauweise erhält man mit einer weiteren Form der Erfindung, indem sämtliche beweglichen Teile des Steuerventils in einem gemeinsamen Gehäuse und vorwiegend ineinander angeordnet sind.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Kolben des Schaltventils und der Kolben des Druckregelventils in einer durchgehenden Bohrung des gemeinsamen Gehäuses gelagert sind. Dadurch wird die Bearbeitung des Steuerventils vereinfacht.

v, Au? der DE-AS 1 600 712 ist ein Untcrdruck-Entlastungsventil für durch ein Druckmittel in der Offen-Stellung gehaltene Bremsbacken -iiner Schicncnbahn bekannt. Zum Unterschied von der Betätigung einer Lamellen-Kupplung nach der Erfindungsoll die

w bekannte Einrichtung einen sich über längere Zeit erstreckenden Abnützungsvorgang von Bremsbacken verhindern, der durch ein langsames Absinken des Öffnungsdruckes verursacht wird. Demgegenüber kann das Gleiten von Kupplungs-Lamellen gegenein-

Y-, ander infolge von zu niedrigem Betätigungsdruck in wenigen Sekunden zur Zerstörung der Kupplung führen. Ein Ventil nach der Erfindung muß also in sehr kurzer Zeit bei einem gegebenen Mindestdruck ansprechen und hat daher eine andere Bauart.

Wi Bei einer bekannten Steuereinrichtung für eine Zapfwelle (US-PS 3669229) kann die Zapfwellenkupplung im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand nach dem selbsttätigen Abschalten erst durch Verstellen eines Steuerventils von Hand wieder eingeschaltet

h'. werden.

Die Zeichnung gibt zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung wieder, und zwar zeigt

Fig. 1 das hydraulische Schaltschema eines Steuer-

ventils nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Ausführungsform des Steurventils in einem Längsschnitt in der Ausschaltstellung,

Fig. 3 das gleiche Steuerventil in der Hinschaltstellung,

Fig. 4 einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 6 durch ein Steuerventil mit einem Stufenkolben nach der Erfindung in Ausschaltstellung,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch das eingeschaltete Ventil in einer Zwischenstellung,

Fi g. 6 eine Ansicht in Pfeilrichtung » Yn der Fig. 4.

Fig. 1 zeigt das Schaltschema der beiden in Fig. 2 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele eines Steuerventils nach der Erfindung, wobei entsprechende Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Der strichpunktiert umrandete Teil des Schemas enthält die in einem Steuerventil nach der Erfindung zusammengefaßten Teile. Bei stehender Druckmittelpumpe 29 nimmt das Entlüftungsventil 18 die in der Figur rechts gezeichnete Stellung, das Schaltventil 8 seine linke Stellung ein.

Bei leerlaufender Pumpe verschiebt sich das Ventil 18 in die linke Stellung in Fig. 1. Der Rücklauf ist noch über die Schlitze 9 offen. Die an die Leitung 16 angeschlossene Kupplung 30 ist entlüftet. Durch Anlegen eines Luftdruckes über die Leitung 14 an das Ventil 8 wird dieses in seine rechte Schaltstellung verschoben. Die Entlüftung über die Schlitze 9 ist unterbunden. Die Kupplung ist über die Leitung 5 und die Schlitze 9 des Ventils 18 sowie die öffnungen 10 des Schaltventils 8 mit der Pumpe verbunden.

In Fig. 2 bedeutet 1 das Ventilgehäuse, welches eine durchgehende Innenbohrung 1/4 aufweist. In dieser Bohrung sind die Steuerkolben 2 und der Schaltkolben 8 verschiebbar gelagert. Zwei weitere Innenbohrungen 2/4 und 8/4 im Steuerkolben bzw. im Schaltkolben von gleichem Durchmesser nehmen einen Entlüftungskolben 18 auf. Dieser hat eine Innenbohrung 5, die am unteren Ende des Kolbens geschlossen ist. Mit einem überstehenden Rand 18B stützt sich der Kolben am Steuerkolben 2 ab. Schlitze 9 verbinden die Innenbohrung 5 mit einem durch die beiden Kolben 2 und 8 gebildeten und durch eine Bohrung 17 im Gehäuse 1 entlüfteten Raum 32. Eine den Kolben 18 umgebende Feder 4 stützt sich an einer Schulter ZB des Kolbens 2 und an einer auf dem Kolben 18 verschieblichen Scheibe 6 ab. Letztere wird in ihrem Weg begrenzt durch einen am Kolben 18 festen Federring 7. Die Scheibe kann sich an einer Stufe 8 θ des Schaltkolbens abstützen.

Ein Kolben 25, der mit dem Gehäuse 1 verbunden sein kann, schließt den Steuerkolben 2 flüssigkeitsdicht ab. Zwischen dem Kolben 25 und dem Kolben 18 ist ein Raum 23 gebildet, der durch Kanäle 3 mit einer Ringnut 33 des Kolbens 2 verbunden ist. Die Ringnut verbindet in der gezeichneten Stellung des Steuerkolbens einen Einlaßkanal 22 mit einem Auslaßkanal 19. Der Raum oberhalb des Steuerkolbens 2 ist durch einen Kanal 24 entlüftet. Eine Steuernut 34 im Schaltkolben 8 verbindet in der gezeichneten Stellung einen Kanal 16 mit t/.ncrci Entlüftungskanal 15. Der Kanal 16 führt zu der in Fig. 1 gezeichneten Kupplung 30. Bohrungen 10 verbinden über eine Ringnut 35 des Schaltkolbens 8 in der gezeichneten Stellung die Innenbohrung 8/1 des Schaltkolbens mit der Steuernut 34. Die Innenbohrung 8/4 ist durch Bohrungen 11 ständig mit dem Entlüftungskanal 15 verbunden.

Ein Deckel 13 schließt das Gehäuse 1 ab. Ein zwischen dem Deckel und dem Schaltkoiben 8 gebildeter Raum 13/4 ist durch den Kanal 14 und ein nicht gezeichnetes Schaltorgan mit einer Druckmittelquelle. beispielsweise einem Druckluftbehälter, verbindbar, so daß der Schaltkolben gegen den Druck der Feder an einem Anschlag 36 des Gehäuses in seine Schaltstellung gedrückt werden kann, die in Fig. 3 dargestellt ist.

ίο InFig. 2 ist das Steuerventil in der Stellung »Kupplung aus« dargestellt, und zwar zeigt die rechte Hälfte die Ventilteile 2, 4, 18 in einer Stellung ohne Öldurchströmung und die linke Hälfte mit Öldurchströmung ohne Druckentwicklung. Über den Kanal 22 strömt das Drucköl durch die Bohrungen 3 in den ZylinJerraum 23 und drückt den Steuerkolben 2 so weit in Richtung zu dem Schaltkoiben 8, bis zwischen der Steuerkante 20 der Ringnut 33 und der Steuerkante 21 am Gehäuse 1 eine öffnung zum Auslaßkanal 19

frei wird und das öl drucklos zum Behälter 37 strömen kann. Solange der Schaltkolben 8 in Ruhestellung bleibt, liegt die Feder 4 mit einer bestimmten Anfangsspannung zwischen der Schulter IB und der Scheibe 6 am Anschlag 7. Die Bewegung der beiden

r> Kolben 2 und 18 ist beendet, wenn die Scheibe auf der Schulter SB aufliegt. Die Ringnut 34 überdeckt die beiden Kanäle 15 und 16, so daß die Kupplung entlüftet ist.

Tritt nun Druckluft durch den Kanal 14 in den

ι» Raum 13/4, wobei die Schaltkraft größer sein muß als die Kraft der Feder 4, so bewegt sich der Schaltkolben 8 in seine Stellung am Anschlag 36, wie in Fig. 3 dargestellt. Der zum Betätigungskolben 38 der Kupplung 30 führende Kanal 16, der vorher über den Kanal

η 15 entlüftet war, ist jetzt verschlossen. Eine Dichtung 12 dichtet den Raum 13A gegen die Ringnut ISA ab. Solange die Pumpe 29 noch nicht arbeitet, werden die beiden Kolben 2 und 18 einschließlich der Scheibe 6 und der Feder 4 in die in Fig. 2 und 3 rechts dargestellte Lage zurückgedrückt, ohne daß sich die Spannung der Feder 4 ändert. Die Lamellen-Kupplung ist über Ringnut 34, öffnungen 10, 35 und die Bohrungen 11 entlüftet.

Wird die Pumpe eingeschaltet, so drückt das über

4ϊ den Kanal 22 kommende öl den Steuerkolben 2 und den Entlüftungskolben 18 entgegen der Kraft der Feder 4 so lange nach unten, bis es über die Kanten 20 und 21 in den Kanal 19 überströmt. Dabei steigt der Druck in den Räumen 22 und 23 auf den gewünschten

ίο Schaltdruck der Kupplung. Der Raum 23 ist mit der Bohrung 5 im Kolben 18 und mit den Schlitzen 9 verbunden. Kurz bevor sich der Spalt 20, 21 zum Abflußkanal 19 öffnet, wird ein Durchlaß von den Schlitzen 9 zu den öffnungen 35, 10 frei und das Drucköl strömt

v-, durch den Kanal 16 zur Kupplung. Dadurch wird sichergestellt, daß nur öl mit ausreichend hohem Druck den Kolben der Lamellen-Kupplung erreicht.

Sinkt der Pumpendruck unter einen bestimmten mindestzulässigen Wert kurz vor dem Durchrutschen der Kupplung, so werden die Kolben 2 und 18 entlastet und bewegen sich durch die Kraft der Feder 4 nach oben in die in Fig. 3 rechts gezeichnete Lage. Der Durchlaß zur Kupplung zwischen den Kanten 27 und 28 wird geschlossen. Gleichzeitig wird die Entlüf-

v) tung zu den Bohrungen 11 durch die untere Fläche 31 des Kolbens 18 freigegeben. Der Druck in der Kupplung bricht zusammen, ehe die Lamellen durchrutschen.

Wird die Zufuhr von Druckluft zu dem Kanal 14 geschlossen, so wird der Raum 13 A drucklos, und der Schaltkolben wird durch das System 2, 4, 6,18 in die in Fig. 2 gezeichnete Ruhelage zurückgedrückt.

Das in Fig. 4 bis 6 dargestellte Steuerventil enthält einen Schaltki hen 108, einen Steuerkolben 102 und einen abgestuften Entlüftungskolben 118. Alle drei Ventilkolben sind in einem Gehäuse 101 verschieblich gelagert, welches durch eineWand 103 unterteilt ist. Fig. 4 zeigt das Ventil in ausgeschalteter Stellung und bei drucklos fördernder Pumpe 29 (Fig. 1). ein Drucklufteinlaß 104 enthaltender Deckel 105 schließt das untere Ende des Gehäuses ab. Eine Feder 106 im Innern des Kolbens 108 stützt sich mit der Vorspannung an einer Scheibe 107 ab, die ihrerseits an einem Sprengring 109 des Schaltkolbens anliegt. Eine Bohrung 110 bewirkt Druckausgleich zwischen den Innenräumen der beiden Kolben 108 und 102.

In einer Bohrung 111 des Gehäuses ist der Steuerkolben 102 verschieblich gelagert. Eine Ringnut 112 verbindet in der gezeichneten Stellung des Kolbens einen Druckeinlaßkanal 113 mit einem zum Behälter 37 (Fig. 1) führenden Kanal 114. Der Kanal 113 erhält Druckmittel von der Pumpe 29. Bohrungen 115 und 116 verbinden die Ringnut 112 mit einem nach außen geschlossenen Raum 117 vor dem Kolben 102. In zwei weiteren Bohrungen des Gehäuses ist der Stufenkolben 118 gegen den Druck einer Feder 119 verschieblich gelagert. Diese stützt sich an einem in das Gehäuse eingeschraubten Deckel 123 ab. Der Kolben 118 hat eine kleinere Fläche 118/4 und eine größere Fläche 118 B. Eine weitere Fläche 118 C von gleichem Durchmesser wie die Fläche 1185 schließt mit der Fläche 118 B eine Ringnut 120 ein. Diese verbindet in der gezeichneten Ruhestellung des Kolbens 118 einen Kanal 121 mit einem Entlüftungskanal 122. Der Kanal 121 ist mit einem weiteren Kanal 121/4 verbunden, wie aus Fig. 6 ersichtlich. Beide Kanäle 121 und 121A sind mit einer zur Kupplung führenden Leitung 121B verbunden. Die Räche USA des Kolbens 118 schließt in der gezeichneten Stellung einen Raum 113/1 von den Kanälen 121 und 121/4 ab. Dieser Raum ist mit dem Druckmitteleinlaßkanal 113 verbunden (Fig. 6).

Bei nicht eingeschaltetem Ventilkolben 108 und laufender Pumpe strömt Druckmittel durch den Kanal 113 und durch die Ringnut 112 in den Auslaß 114 und zum Tank zurück. Über die Bohrungen 115,116 wird auch der Raum 117 aufgefüllt. Das Steuerventil 102 wird mit leichtem Druck gegen das Schaltventil 108 bewegt, welches sich am Deckel 105 abstützt. Der Raum 124 vor dem Kolben 108 ist durch eine Bohrung 125 mit dem Raum 126 verbunden, welcher durch einen Kanal 127 (Fig. 6) entlüftet ist

Sobald Druckluft durch den Kanal 104 eintritt, wird der Kolben 108 in die in Fig. 5 gezeichnete Stellung gedruckt, in der er sich an der Wand des Raumes 124 abstützt. Zugleich wird der Steuerkolben 102 durch die Scheibe 107 so weit zurückbewegt, daß die Abflußöffnung 114 verschlossen wird. Es baut sich nun ein Druck im Raum 117 und in der Pumpenleitung 113 auf, der auch im Raum 113Λ herrscht. Sobald dieser Druck den Wert des Einschaltdruckes (beispielsweise 9 bar) erreicht hat, bewegt sich der Kolben 118 nach oben. Es wird zunächst der Abfluß 122 geschlossen. Dann wird zwischen der kleineren Ventilfläche 118/4 und der Leitung 121/4 eine Durchflußöffnung frei. Im selben Augenblick vergrößert sich die dem Druckmittel dargebotene Fläche auf 1185 und ) damit die auf den Kolben 118 wirkende Kraft, so daß sich dieser schlagartig an den Anschlag 123 bewegt und die öffnung zur Leitung 121A ganz frei gibt. Dadurch ist gewährleistet, daß die Kupplung sofort mit dem vollen Betätigungsdruck (z. B. 9 bar) beauf-ο schlagt wird. Inzwischen hat sich der Kolben 102 unter Zusammendrückung der Feder 106 nach unten in die in Fig. 5 gezeichnete Stellung bewegt. Nach öffnen der Leitung 121/4 bewegt sich der Kolben 102 noch weiter nach unten, bis sich ein Spalt zur Rückflußlei-5 tung 114 öffnet. Die endgültige Spaltbreite stellt sich ein, wenn die bei vollem Kupplungsdruck auf die Stirnfläche des Kolbens 102 wirkende hydraulische Kraft gleich der Kraft der Feder 106 ist.

Sinkt der Betätigungsdruck der Kupplung während des Betriebes ab, beispielsweise von 9 bar auf 7 bar, dann wird die Kraft der Feder 119 größer als die aui die Fläche 1185 wirksame hydraulische Kraft, und der Kolben 118 wird nach unten bewegt. Sobald die öffnung zum Kanal 121/4 geschlossen ist, verringert sich die wirksame Kolbenfläche auf die Größe der Fläche 118/4 und damit die auf dem Kolben 118 wirksame hydraulische Kraft. Dadurch wird der Kolben

118 schlagartig an seinem Anschlag an der Wand 103 bewegt. Der geringstmögliche Betätigungsdruck der

in Kupplung wird also durch die Vorspannung der Feder

119 bestimmt und kann nicht unterschritten werden, da die Kupplungsleitung 121,121/1 vor einem weiteren Absinken des Druckes geschlossen bzw. mit dem Rücklauf 122 verbunden wird.

Die Pumpe fördert mit einem unter 7 bar liegenden Druck durch den zwischen dem Steuerkolben 102 und der öffnung 114 gebildeten Ringspalt in den Behaltet zurück. Die in Fi g. 5 geschlossen gezeichnete Stellung mit geschlossener Rückleitung 114 stellt einen kurzzeitigen Zwischenzustand dar, während Drucköl durch den Kanal 121/4 zur Kupplung gefördert wird. Sobald die Kupplung gefüllt ist, öffnet sich der Spall zwischen den Kanälen 113 und 114.

Sobald der Pumpendruck wieder den Betätigungsdruck erreicht hat, schaltet sich die Kupplung selbsttätig wieder ein.

Außer als Sicherheitsventil gegen zu niedriger Kupplungsdruck hat das Steuerventil nach der Erfindung auch eine Überdruckfunktion, indem dei

so Druckanstieg in der Kupplung begrenzt ist. Ein unzulässig hoher Druck in der Pumpenleitung 22, 5 wire durch Vergrößern des Spaltes zwischen den Kanäler 20 und 21 (Fig. 3) bzw. 113 und 114 (Fig. 5) verhin dert.

Das Steuerventil ist, unabhängig von den beider genannten Funktionen, willkürlich ein- und ausschalt bar. Der Schaltkolben 8 übernimmt in seiner Ein schaltstellung auch Steuerfunktionen: In der in dei linken Hälfte der Fig. 3 gezeichneten Stellung des

Kolbenpaares 2, 18 ist die Pumpenleitung über die Ringnut 35 und die Bohrungen 10 des Schaltkolben! mit der Kupplungsleitung 16 verbunden. In der rechten Hälfte der Fig. 3 wird die Kupplung über di« Ringnuten 34 und 35 und die Bohrungen 10 und 11 entlüftet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Mit Druckmittel schaltbares Steuerventil für durch ein Druckmittel betätigte Reibscheibenkupplungen, beispielsweise Lamellenkupplungen, mit einem in einem Gehäuse in wechselnden Richtungen bewegbaren, den Druckmitteldruck regelnden Steuerkolben, welcher in der Betätigungsrichtung vom Druckmittel beaufschlagbar und in der Gegenrichtung federbelastet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Steuerkolben (2; 102) mit dem Ventilgehäuse (1; 101) einen veränderlichen Steuerschlitz (20, 21; 114) für den Durchtritt des Druckmittels von der Pumpe zum Behälter bildet,

b) ein sich über eine Feder (4; 106) an dem Steuerkolben (2; 102) abstützender und im Gehäuse (1; 101) verstellbar gelagerter Schaltkolben (8; 108) vorgesehen ist,

c) ein im Leerlauf sich unter der Kraft der Feder (4; 119) am Gehäuse abstützender und ständig vom Pumpendruck beaufschlagter, im Gehäuse (1; 101) längsverschieblich gelagerter Entlüftungskolben (18; 118) vorhanden ist,

d) der Entlüftungskolben (18; 118) Steuerkanten bzw. Flächen (27; 118,118/1) zum wahlweisen Verbinden des Druckmitteleinlasses (22; 113/1) mit der Kupplungsleitung (16; 12IA) oder der Kupplungsleitung (16; 121) mit der Entlüftungsleitung (15; 122) aufweist.

2. Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) der Steuerkolben (2) und der Entlüftungskolben (18) ineinander gelagert sind,

b) beide Kolben einerseits vom Pumpendruck ständig beaufschlagt und andererseits durch eine Feder (4) belastet sind,

c) der Schaltkolben (8) den Entlüftungskolben (18 umgibt,

d) der Entlüftungskolben eine mit der Pumpenleitung (22) verbundene Innenbohrung (5) und Steuerkanten (9, 31) aufweist, welche mit Steuerkanten (10, 35, 34) des Schaltkolbens (8) zusammenwirken.

3. Steuerventil nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungskolben (118) in an sich bekannter Weise als ein federbelasteter Stufenkolben ausgeführt ist.

4. Steuerventil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltkolben (8; 108), Steuerkolben (2; 102) und Entlüftungskolben (18; 118) in einem gemeinsamen Gehäuse (1; 101) untergebracht sind.

5. Steuerventil nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eteuerkolben (2) und Schaltkolben (8) in einer durchgehenden Bohrung (IA) des Gehäuses (1) längsverschieblich gelagert sind.