DE2144792A1

DE2144792A1 - Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2144792A1
Application number: DE19712144792
Authority: DE
Inventors: John Saxon Hitchin Hertford Ivey (Grossbritannien)
Original assignee: BorgWarner Ltd
Current assignee: Aisin AW Co Ltd
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1971-09-08
Publication date: 1972-04-20
Also published as: GB1273859A; AU3338971A; JPS5432085B1; BR7106234D0; US3974743A; DE2144792C3; NL168037B; NL168037C; ES395271A1; FR2107856A1; SE367685B; CA937181A; NL7112942A; AU441591B2; ZA716096B; BE772737A; DE2144792B2; FR2107856B1

Description

paten ccinwöl ca

Dr. Ing. H. Neganclanlc Dipl. Ing. H. Hauck

Dipl. PHys. V/. Schmitz

2 Hamburg 36

Neuer WmII 41

7, Sep. 1371

Strttmungsmittel-Betätigungsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Strömungsmedium-Aktuatoren, Strömungsmittel-Schaltorgane bzw· -Betätigungsvorrichtungen, nachfolgend "Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtungen" genannt, wie sie zum Beispiel in Verbindung mit Drehfunktionsvorrichtungen, beispielsweise Bremsen oder Kupplungen, verwendet werden.

Zentrifugal-Kugel-Sicherheits-Absperrventile (centrifugal release ball check valves) wurden bei Übertragungsstrukturen bzw. Kraftübertragungseinrichtungen verwendet, um Restfluid bzw. zurückbleibendes Strömungsmittel von der Beaufschlagungskammer her für eine kolbenkontrollierte rotierende Reibungsvorrichtung, beispielsweise eine Bremse oder Kupplung, abzulassen, wenn die Reibungsvorrichtung ausgerückt wird. Wenn kein derartiges Absperr- bzw. Rückschlagventil vorhanden wäre, könnte die Zentrifugalkraft, die auf das restliche strömende

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Medium ausgeübt wird, den Kolben betätigen und die Reibungsvorrichtung zu einem nicht gewünschten Zeitpunkt einrücken· Bei der Konstruktion! bei welcher die Reibungsvorrichtung und ihre Betätigungsvorrichtung mit relativ hohen Mo tor geschwindigkeit en rotieren und bei welcher relativ große Durchmesser verwendet werden, wodurch relativ große Zentrifugalkräfte entstehen, ist es äußerst schwierig, wenn nicht gar völlig unmöglich, ein Zentrifugal-Staudruck-Sicherheitsventil zu konstruieren, bei welchem die Kugel gut aufsitzt und die Auslaßöffnung, wenn notwendig, einwandfrei abdichtet, um den Strömungsmitteldruck in der Beaufschlagungskammer aufrechtzuerhalten, und dann einwandfrei abhebt, wenn gewünscht oder erforderlich, um das zurückgebliebene Strömungsmittel abzulassen· Die hohe Zentrifugalkraft an der Kugel macht es schwer für den Strömungsmitteldruck, die Kugel aufsitzend zu halten· tfenn der Ventilsitzwinkel groß genug vorgesehen wird, um zuverlässiges Abheben zu ermöglichen, wenn gewünscht oder erforderlich, wird die Zentrifugalkraft an der Kugel sie während des Vorhandenseins von Strömungsmitteldruck möglicherweise aus ihrem Sitz bringen· Wenn andererseits der Sitzwinkel genügend schmal vorgesehen wird, so daß die Kugel durch Zentrifugalkraft nicht aus dem Sitz gebracht werden kann, wenn Strömungsmitteldruck vorhanden ist, dann wird die Kugel manchmal in ihrem Sitz festgeklemmt und nicht herausgeworfen, wenn der Strömungsmitteldruck entfernt wird·

Folglich waren die älteren Zentrifugal-Staudruck-Sieherheitsventile einer Maximal geschwindigkeitsbegrenzung unterworfen, so daß die Zentrifugalkräfte in einem betätigbaren Bereich blieben· Derartige Ventile konnten nicht verwendet werden, wenn die Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung mit extrem hohen Drehgeschwindigkeiten arbeiten nraSta; Dieser Nachteil ist nun durch die vorliegende Erfindung beseitigt worden. Das beschriebene Zentrifugal-Staudruck-Sieiis; ίϊ? Itsventil funSsti·:·,= niert einwandfrei bei Drehgeschwindigkeit-sa, die» größer sind als bislang mögliche

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Demgemäß besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein neues und verbessertes Fliehkraft-Staudruck-Ablaßventil (centrifugal pressure head release valve) für eine Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung zu schaffen und ein Fliehkraft-Ablaß-Kugel-Sicherheitsventil (centrifugal release ball check valve) zu schaffen, welches geeignet ist, bei viel größeren Geschwindigkeiten als bislang möglich verwendet zu werden·

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine Querschnitt-Ansicht eines Teils eines

Übertragungsaufbaue, welcher eine Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung aufweist, während

Fig. 2 eine Ansicht, in einem größeren Maßstab, des

Teils der Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung der Fig. 1 wiedergibt, welcher das Zentrifugalstaudruck -Ablaßventil enthält.

Der dargestellte Transmissions- bzw. Übertragungsaufbau, der ein ortsfestes Transmissionsgehäuse 10 aufweist, das eine Eingangswelle 11 und eine Vorgelege- bzw. Zwischenwelle 12 zur Übertragung des Antriebs auf das Triebstück des Getriebes aufweist. Das ortsfeste Gehäuse weist einen Ringflansch oder ein Nabenteilstück Ik auf, das eine ortsfeste Hohlwelle 16 aufnimmt, in welcher die Eingangswelle 11 geführt und gelagert wird. Ein Kupplungsgehäuse 18, welches an der Nabe Ik drehbar angebracht ist, enthält einen ringförmigen Kolben 19« der zur axialen Bewegung innerhalb des Gehäuses angebracht wird und welcher sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Gehäuse 18 dreht. Eine ringförmige Druckbeaufschlagungskammer oder -höhlung 21 ist für den Kolben 19 vorgesehen. Die Zwischenwelle 12 weist eine Kupplungstrommel 22 auf, die treibend damit verbunden wird. Eine Kupplung 2k weist eine Serie bzw. Reihe von Kupplungsscheiben 25 auf, die mit dem

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Kupplungsgehäuse l8 treibend verbunden sind, sowie eine Serie von Kupplungsscheiben 27, alternierend (interleaved) mit den Scheiben 25 und mit der Trommel 22 treibend verbunden.

Einstückig mit dem Gehäuse 18 ist eine Stützplatte oder ein Reaktionsbauteil 291 der die Kupplungsscheiben an ihrer Stelle hält, wenn der Kolben 19 nach seiner Betätigungsstellung hin bewegt wird, in welcher die Kupplung 24 eingerückt wird und das rotierende Kupplungsgehäuse 18 mit dem angetriebenen Bauteil 22 treibend verbunden wird, wie dargestellt, ist die Kupplung 24 ausgerückt, und der Kolben 19 befindet sich in seiner Nichtbeaufschlagungs- oder Ausgangsstellung. Eine wellenartige Feder 31 spannt den Kolben 19 wirkungsvoll vor, so daß er normal diese Stellung einnimmt.

Jede geeignete Strömungsmitteldrucklieferquellen- und Kontrolleinrichtung kann verwendet werden, um Strömungsmitteldruck nach der Kammer 21 hin einzubringen, um den Kolben 19 in seine Betätigungsstellung zu verschieben und um anschließend Strömungsmittel aus dieser Kammer abzulassen, so daß der Feder 31 gestattet wird, den Kolben in seine Nichtbeaufschlagungsposition zurückzubringen. Im dargestellten Fall erstreckt sich ein Strömungsmitteldurchlaß 34 (durch gestrichelte Linien angedeutet) durch das Drehgehäuse 18 hindurch und steht mit einer Umfangsnut 35 in der ortsfesten Nabe l4 in Verbindung, um sowohl die Zuführung von Strömungsmitteldruck nach der Kammer 21 hin als auch das Ablassen dieses Strömungsmitteldrucks von der Kammer her zu ermöglichen.

Das erfindungsgemäße Zentrifugal-Staudruck-Ablaßventil stellt sicher, daß, nachdem Strömungsmittel durch den Auslaß 34 hindurch abgelassen wurde und die Kupplung 24 ausrückt, das restliche in der Kammer 21 eingeschlossene Strömungsmittel dann abgelassen wird, so daß die Zentrifugalkraft an diesem restlichen Strömungsmittel nicht wirksam werden und genügend Druck an der Rückseite des Kolbens 19 erzeugen kann, um ihn

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zu bewegen und die Kupplung 24 einzurücken· Dies wird mittels einer Ausströmöffnung oder eines Durchlasses 37 (^am besten in Fig. 2 zu sehen) erreicht, welcher sich durch eine viand -ml- der Kammer 21 hindurch unter einem spitzen Winkel in Bezug auf die Kolbenachse erstreckt, wobei die Achsen der Öffnung 37 und des Kolbens in gleicher Ebene liegen. Während bei der dargestellten Ausführungsform sich die Öffnung 37 ii» Kolben 19 befindet, könnte sie natürlich auch im Gehäuse l8 vorgesehen werden· In die Öffnung 37 - und koaxial damit - ist ein abgeschrägter oder konischer Ventilsitz 38 eingearbeitet, dessen größeres Ende an die ^ivammer 21 angrenzt. Das Ablaßventil weist ferner ein Ventilelement auf, in Form einer Metallkugel 4l, welche im vergrößerten bzw. erweiterten Teilstück der Ausströmöffnung 37 lose eingefangen ist, indem beispielsweise das Material (siehe Bezugszeichen 42) des Kolbens 19 darübergestegt (staking over) wird, nachdem die Kugel in die Öffnung eingeführt wurde.

Während in der Zeichnung nur ein einzelnes Ablaßventil wied-ergegeben ist, sei bedacht, daß eine Mehrzahl solcher Ventile in gleichen Abständen um das Umfangsteilstück des Kolbens 19 angeordnet würden.

Bei Betätigung wird, wenn der Strömungsmitteldruck über den Durchlaß 34 nach der Kammer 21 hin geliefert wird und der Kolben 19 ein Einrücken der Kupplung 24 bewirkt, die Kugel 4l gegen den Sitz 38 gedrückt und darin gehalten durch den Strömungsmitteldruck in der Kammer 21, wodurch die Öffnung 37 verschlossen bzw. abgedichtet wird· Da der Kolben 19 sich dreht, hat die Zentrifugalkraft die Neigung, die Kugel 4l radial nach außen von der Kolbenachse und aus dem Sitz 38 heraus nach ihrer nichtaufsitzenden Stellung hin zu schleudern, wie in strichpunktierter Form in Fig. 2 durch die Kugel, mit dem Bezugszeichen 4l⁽, angedeutet· Erfindungsgemäß ist jedoch eine solche Zentrifugalkraft unwirksam, wenn Strömungsmitteldruck in der Kammer 21 vorhanden ist, und dies gilt auch

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dann, wenn der Kolben 19 mit einer extrem hohen Drehgeschwindigkeit arbeitet und eine entsprechend hohe Zentrifugalkraft bewirkt wird. Dies wird dadurch möglich gemacht, daß die planparallelen Kolben- und Sitzachsen gegeneinander geneigt oder gekippt werden, wobei als Folge der Keilwinkel (ramp angle), der zwischen der Kolbenachse und dem Teilstück oder der Fläche des Sitzes 38 gebildet wird, die radial am meisten nach außen von der Kolbenachse her liegt (wie in Fig. 2 dargestellt)_{ relativ klein ist, und viel kleiner ist als der Winkel zwischen dem radial innersten Sitzteilstück, oder der Sitzoberfläche, und der Kolbenachse.

Zur Erläuterung, die Zentrifugalkraft an der Kugel kl wirkt in einer Richtung radial nach außen von der Kolbenachse her und somit lotrecht zu dieser. Die Kraft kann in zwei Vektorkomponenten aufgelöst bzw. zerlegt werden - eine senkrecht oder lotrecht zum radial äußersten. Teilstück des Sitzes 38 und die andere parallel mit diesem Sitzteilstück· Je kleiner der Keilwinkel (und somit je . größer der Kippwinkel, der zwischen den Sitz- und Kolbereachsen gebildet wird) , umso größer ist die Kraft-Vektor-Komponente senkrecht zum äußersten Sitzteilstück, und umso kleiner ist die Kraft-Komponente parallel mit dem Sitzteilstück· Da eine parallele Kraft benötigt wird, um die Kugel kl in ihre nichtaufsitzende Position zu bewegen, kann, indem der Keilwinkel auf ein Mindestmaß beschränkt wird, eine sehr hohe Zentrifugalkraft an der Kugel kl zugelassen werden, und die Komponente dieser Kraft parallel zum äußersten Sitzteilstück reicht noch immer nicht aus, um den Strömungsmitteldruck in der Kammer 21 zu überwinden, mit dem Ergebnis, daß die Kugel kl in ihrer aufsitzenden Position verbleibt· Der Kolben 19 kann somit mit extrem hohen Drehgeschwindigkeiten betätigt werden, und die Kugel kl bleibt aufsitzen, wenn Strömungsmitteldruck in der Kammer 21 vorhanden ist.

W_enn der Strömungsmitteldruck durch den Durchlaß 3k hindurch

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abgelassen wird und die Feder 31 den Kolben in seine Ausgangsstellung zurückbringt, dann wird die an der Kugel kl wirkende,Zentrifugalkraft wirksam, um sie in ihre nichtaufsitzende Position zu bewegen, so daß die Öffnung 37 geöffnet wird, worauf in der Kammer 21 noch verbliebenes Strömungsmittel durch die Öffnung hindurch ausströmt.

Durch ein entsprechendes Auswählen der Kipp- und Ventilsitzwinkel kann eine Betätigung durch beliebige Kombination von Strömungsmitteldruck und Geschwindigkeitsbereich erreicht werden. Die Kugel wird bei der maximalen Betriebsgeschwindigkeit nicht aus ihrem Sitz herausgeschleudert, wenn Strömungsmitteldruck zugeführt wird, und selbst nicht beim Ablassen von Strömungsmitteldruck, und bei minimaler Betriebsgeschwindigkeit, wird die Kugel infolge Zentrifugalkraft aus ihrem Sitz herausgeschleudert.

Wenn auch im beschriebenen und dargestellten Fall der Ventilsitz 58 und die Öffnung 37 die gleiche Achse aufweisen, so ist dies nicht unbedingt notwendig. Nur die Sitzachse muß relativ zur Kolbenachse geneigt sein. Die Durchlaß- und Kolbenachsen können parallel sein. Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung in einen Transmissions- bzw· Übertragungsmechanismus od. dgl. eingebaut wird. Sie kann bei jeder beliebigen Einrichtung verwendet werden, bei welcher eine rotierende schalt- bzw. einrückbare Reibung-vorrichtung durch einen rotierenden Kolben od. dgl· kontrolliert bzw. gesteuert wird, wie beispielsweise bei einer Bremsvorrichtung.

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Claims

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- 8 Patentansprüche

/Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung, die einen Drehgehäusebauteil aufweist, der eine ringförmige Druckbeaufschlagungskammer zum hydraulischen Kontrollieren eines rotierenden Kolbenbauteils aufweist, der auf Grund des Strömung smitteldrucks in der genannten Beaufschlagungskammer nach einer Betätigungsposition hin bewegbar ist, und Kittel aufweist, um Strömungsmitteldruck nach der genannten Kammer hin einzubringen, um den besagten Kolbenbauteil in seine Betätigungsstellung zu bewegen und zum anschließenden Ablassen von Strömungsmittel von der besagten Kammer her, gekennzeichnet durch ein Zentrifugal-Staudruck-Rückschlag- bzw. -Ablaßventil, welches eine Ausströmöffnung (37) aufweist, die sich durch den einen der genannten Bauteile hindurch erstreckt und einen konischen Ventilsitz (38) aufweist, dessen größeres Ende an die genannte Kammer (21) angrenzt und ein Ventilelement (4l) aufweist, welches die Neigung hat, infolge Zentrifugalkraft sich radial nach außen von der Kolbenachse her zu bewegen, jedoch durch Strömungsmitteldruck in der genannten Kammer nach dem besagten Sitz hin gedrückt wird und in diesem gehalten wird, wodurch der Durchlaß (37) geschlossen wird, wenn ein solcher Strömungsmitteldruck nach der genannten Kammer hin geliefert wird, wobei das besagte Ventilelement (kl) in der Lage ist, aus dem genannten Sitz (38) heraus geschleudert zu werden, durch Zentrifugalkraft bei NichtVorhandensein eines solchen Strömungsmitteldrucks in der besagten Kammer, und wobei die genannte Öffnung (37) geöffnet wird, um irgendwelches eingefangenes restliches Strömungsmittel aus der genannten Kammer (21) abzulassen, um eine nicht gewünschte fehlerhafte Betätigung des besagten Kolbenbauteils (19) zu verhindern, die von der Zentrifugalkraft herrührt, die auf solches zurückgebliebenes Strömungsmittel wirkt, daß die Kolben- (19) und Sitz-(38)-Achsen zueinander geneigt sind, um den Rampen- bzw. Keilwinkel (Fig. 2) auf ein Mindestmaß zu beschränken, der zwischen

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der Kolbenqchse und dem Teilstück des genannten Sitzes gebildet wird, welches radial am entferntesten von der Kolbenachse liegt, um die Drehgeschwindigkeit auf einen Maximalwert zu bringen, mit welcher die genannte . Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung betätigt werden kanne
2. Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Ausströmdurchlaß (37) und der Sitz (38) koaxial vorgesehen sind und bei welcher die Kolben- und Sitzachsen in der gleichen Ebene liegen·

3» Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der besagte Ausströmdurchlaß (37) in dem besagten Kolbenbauteil (19) angeordnet ist und sich unter einem spitzen Winkel in Bezug auf die Kolbenachse durch diesen hindurch erstreckt, derart, daß die Sitz- und Kolbenachsen am größeren Ende des besagten Sitzes eine engere Trennung aufweisen, verglichen mit ihrer Trennung am schmaleren Ende.

4, Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte Ventilelement die Form einer Metallkugel aufweist·

5· Strömungsmittel-Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das größere Ende des Ventilsitzes (38) mit der besagten Kammer (21) verbunden ist und die Achse des Ventilsitzes in Bezug auf die besagte Drehachse geneigt ist, wodurch die radial entfernteste Fläche des Ventilsitzes unter einem kleineren Winkel zur Achse der Rotation bzw. Drehachse vorgesehen ist als die radial innerste Fläche desselben.

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