DE1673369B2

DE1673369B2 - Hydraulisch betaetigter fliehkraftregler

Info

Publication number: DE1673369B2
Application number: DE1967C0043378
Authority: DE
Inventors: Joachim Peoria IH. Horsch (V.StA.)
Original assignee: Caterpillar Tractor Co., San Leandro, Calif. (V.St A.)
Priority date: 1966-09-20
Filing date: 1967-09-19
Publication date: 1976-12-23
Also published as: DE1673369A1; BE704061A; GB1170327A; US3450144A

Description

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Die Erfindung betrifft einen hydraulisch betätigten Fliehkraftregler zur Erzeugung voneinander unabhängiger, drehzahlabhängiger Druckwerte, mit einem auf dem drehbaren Fliehkraftregler angeordneten Ventilkörper, welcher mehrere axial nach außen sich erstreckende Bohrungen aufweist, mit in den Bohrungen befindlichen, relativ zu diesen bewegbaren Spindeln, innerhalb welchen je eine Kammer vorgesehen ist, welche über einen Kanal mit der die Spindel aufnehmenden Bohrung in Verbindung steht, mit das äußere Ende der Kammern schließenden Druck-Reaktionskörpern, welche gegenüber der Kammer eine Druckreaktionsfläche bilden, und mit je einem Druckmitteleinlaß an jeder der die Spindeln aufnehmenden Bohrung, welcher mit einer gemeinsamen Druckmittel quelle in Verbindung steht.

Bekannt sind hydraulische Fliehkraftregler (US-PS 54 674), welche auf einem Flotationskörper befestigbar sind und in radialer Richtung verlaufende, Spindeln aufnehmende Bohrungen aufweisen. Die Spindeln sind gegenüber einem Ventilkörper des Fliehkraftreglers in radialer Richtung bewegbar, dergestalt, daß sie drehzahlabhängig wirksam sind.

Bekannt sind auch Konstruktionen von Fliehkraftreglern (GB-PS 7 60 656), bei welchen sich innerhalb einer Spindel ein Innenhohlraum befindet, wobei sich die Spindel drehzahlabhängig vor einem Druckmitteleinlaß hin- und herbewegt

Fliehkraftregler der in Rede stehenden Art eignen sich jedoch nur innerhalb eines bestimmten Drehzahlbereichss dazu, drehzahlabhängige Drücke zu erzeugen. Im besonderen ist es nicht möglich, bei sehr kleiner Drehzahl zu arbeiten.

Ausgehend von derartigen Konstruktionen besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen hydraulisch wirkenden Fliehkraftregler zu schaffen, welcher es ermöglicht, drehzahlabhängige Druckwerte bzw. Druckgrößen über dem gesamten Bereich hydraulischen Druckes zu erzeugen, welcher an der Fliehkraftregelanlage zur Verfügung steht Insbesondere soll es möglich sein, Druckänderungen bereits bei geringen Drehzahländerungen auszulösen, um vorzugsweise Schaltimpulse für automatische Getriebe od. dgl. Schaltanordnungen erstellen zu können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß jede der die Spindeln aufnehmenden Bohrungen mit einem unabhängigen Druckmittelauslaß versehen ist, und daß jede der Spindeln innerhalb der zugeordneten Bohrung in Überschneidung mit dem jeweiligen Druckmitteleinlaß hin- und herbewegbar ist, um die Ableitung von Druckmittel in den Druckmittelauslaß und in die in der Spindel befindliche Kammer zu steuern, dergestalt, daß der in der Kammer existierende Druck auf der Spindel eine der Fliehkraft entgegengesetzte Druckkraft ausübt, so daß jede der Spindeln mit unterschiedlichen Konstruktionsparametern versehen ist, um innerhalb der jeweils zugeordneten Kammer einen in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmbaren Druck zu erzeugen, und daß an jede der Bohrungen ein durch die Radialbewegungen der zugeordneten Spindeln steuerbarer Ablaß angeschlossen ist.

Um den Regelbereich vergrößern zu können, ist der Fliehkraftregler vorzugsweise so aufgebaut, daß jede Spindel mit zum Zwecke der Massenänderung dienenden austauschbaren Masseteilen versehen ist.

Der spezifische Aufbau der Kolben/Ventilschieber-Kombination ist von großem Vorteil, da in jeder der Bohrungen ein Spindelsystem unterschiedlichen Parameters, also unterschiedlicher konstruktiver Größen vorgesehen ist. Entsprechend kann der Fliehkraftregler zur Erzeugung erwünschter Druckwerte eingestellt und beispielsweise über eine Leitung an automatische Getriebeschaltanordnungen angesschlossen werden.

Dem Fliehkraftregler kommen folgende Vorteile zu: Das Ausmaß bzw. die Größe der Druckänderung über der Drehgeschwindigkeit ist über einen großen Geschwindigkeitsbereich für jede einzelne Druck-Geschwindigkeitskurve optimal gestaltet. Es sind mehrere Drucksignale oder Druckgrößen verfügbar, welche einen großen Geschwindigkeitsbereich überdecken. Bereits bei geringen Drehzahlen werden Druckänderungen ausreichender Größe ausgelöst, wodurch der Regler vorzugsweise für automatische Getriebeschaltanordnungen verwendbar ist. Es wird eine größere Flexibilität des Systems bei der Erzeugung der erwünschten drehzahlabhängigen Signale oder Werte erreicht, da jede einzelne Druck-Geschwindigkeitskurve über dem gesamten Bereich der Druckwerte für das System zur Verfügung steht und da jeder einzelne Satz von Drucksignalen oder Druckwerten einzeln einstellbar ist, um den Erfordernissen bestimmter Anteile der

Geschwindigkeitskurve gerecht zu werden.

Oie Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert

Fig. 1 ^{ist eine} Längsschnittansicht eines hydraulisch betätigten Fliehkraftreglers nach der Erfindung,

F i g- 2 ist eine Schnittansicht von Linie H-H in F i g. 1,

Fig·3 ist eine Seitenansicht in Richtung UI-HI Jn Fig. Kund

F ig. 4 ist ein ι graphische Darstellung der durch den Fliehkraftregier erzeugten Druckkurven.

Unter nunmehriger Bezugnahme auf die F i g. 1 und 2 weist der Grundbestanateil des Fliehkraftreglers ein zylindrisches Gehäuse 10 auf, das über Buchsen 12, 13 und 14 von einem starren Achsstummel 16 getragen wird. Das zylindrische Gehäuse 10 ist durch Schraubbolzen 1? od. dgL an einem drehbaren Adapter 18 befestigt. Der Adapter 18 ist mit einem Zahnrad 20 versehen, das in baulicher Einheit an dem Adapter ausgebildet ist und in Eingriff mit einem Zahnrad 22 steht Das Zahnrad 22 wird durch ein (nicht gezeigtes) Zahnrad angetrieben, das seinerseits von der Antriebswelle eines Kraftfahrzeuggetriebes angetrieben wird. In dem Gehäuse oder Ventilkörper 10 sind mehrere Bohrungen 26 ausgebildet. Jede Bohrung 26 enthält eine darin verschiebbare Spindel 28a, 286 und 28c, die gegenüber dem Gehäuse radial bewegbar sind. Die Spindeln 28a, 286 und 28c sind von der gleichen allgemeinen Ausbildung, haben jedoch unterschiedliches Gewicht oder unterschiedliche Mas.x und verschiedene Reaktionsflächen, so daß sie sich infolge der bei Drehung des Gehäuses 10 erzeugten Fliehkraft radial nach außen bewegen, um verschiedene Druckhöhen zu regeln. Jede Spindel weist eine äußere Ringnut 30 auf, die über Durchgangsöffnungen 34 mit einem inneren Hohlraum 32 in Verbindung steht, der in jeder Spindel ausgebildet ist. Der in radialer Richtung äußerste Teil jeder Bohrung 26 enthält ein Einsatzstück 38, das durch einen Sicherungsring 40 festgehalten wird. Die Hohlräume 32 der Spindeln 28a und 286 sind an ihren in radialer Richtung äußeren Enden durch Reaktionskolben 42 verschlossen, die an den entsprechenden Einsatzstücken 38 anliegen. Ein derartiger Reaktionskolben könnte ebenfalls in der Spindel 28c vorgesehen sein, jedoch wirkt in dem bevorzugten Ausführunjsbeispiel der Druckmitteldruck in dem Hohlraum 32 der Spindel 28c direkt zwischen der Spindel 28c und dem Einsatzstück 38, das das Ende der Bohrung 26 verschließt. Die Masse der verschiedenen Spindeln kann mittels herausnehmbarer Unterlegscheiben 46 feiner eingestellt werden, die durch Sicherungsringe 47 festgehalten werden.

Wie dargestellt, ist der Achsstummel 16 an einer Rohrverzweigung 23 befestigt, die eine innere Leitung 24 umschließt. Die Leitung 24 steht in Verbindung mit einer Leitung 25, die in dem Achsstummel 16 ausgebildet ist, so daß Druckmittel unter im wesentlichen konstantem Druck, der nachstehend als »Leitungs-«druck bezeichnet wird, den mehreren Ventilbohrungen 26 zugeführt werden kann. Der Leitungsdruck steht mit den Ventilbohrungen 26 über eine Ringnut 48, Buchsenlöcher 49 und Druckmitteleinlässe 50 in Verbindung. Wenn sich also die Ventilspindeln aus der gezeigten Stellung radial nach außen bewegen, strömt Druckmittel unter dem Leitungsdruck in die Ventilnut 30, in der es in Verbindung sowohl mit einem Druckmittelauslaß 51 als auch mit den Hohlräumen 32 der Ventilspindeln (über die Durchlaßöffnungen 34) steht F.ntsnrechend steht bei radialer Einwärtsbewegung der Ventilspindeln das Druckmittel unter Leitungsdruck in den Spindelhohlräumen 32 über die Durchlaßöffnungen 34 und die Nut 30 mit einem Ausströmbereich 53 in Verbindung. Es sei darauf hingewiesen, daß jeder Druckmittelauslaßdurchgang 51 durch das Gehäuse 10 zu einer der Ringnuten 55 verläuft, die über eine der Buchsenöffnungen 57 mit einer der mehreren Bohrungen 59 in Verbindung steht, die in dem stromabgelegenen Ende des Achsstummels 16 ausgebildet sind.

Wie in den F i g. 1 und 3 gezeigt, steht jede Bohrung 59 in Verbindung mit einer Leitung 61, die in geeigneter Weise in einen Adapter 63 eingesetzt ist, der an einem Rahmenteil 65 durch Befestigungsmittel 67 angeschraubt oder in sonstiger Weise befestigt ist Jede der Leitungen 61 führt zu einer besonderen druckempfindlichen, druckmittelbetätigten Vorrichtung, wie z. B. einem (nicht gezeigten) Getriebewählventil. Die Kombination des vorliegenden Fliehkraftreglers mit dem Wählventil ergibt eine Anlage, die auf die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle anspricht

Es wird nunmehr die Art und Weise beschrieben, in der die oben beschriebene Vorrichtung als hydraulischer Fliehkraftregler wirkt. Die Rohrverzweigungsleitung 24 wird an eine Quelle für unter Druck stehendes Druckmittel angeschlossen, die von den Steuerungseinrichtungen des Getriebes kommen kann oder in dem Fall eines Kraftfahrzeuggetriebes für gewöhnlich eine Pumpe ist, die durch die Antriebs- und/oder Abtriebswelle des Getriebes angetrieben wird. Die Leitung 24 wird somit mit einem Druckmittel unter im wesentlichen konstantem Druck gespeist, ungeachtet der Betriebsdrehzahl der zugehörigen Pumpe. In jedem Fall wird Druckmittel unter Druck durch die Leitung 24 in die Durchgangsleitung 25 des Achsstummels 16 geschickt. Von der Durchgangsleitung 25 strömt das Druckmittel in die Ringnut 48 und durch die Löcher 49 in der Buchse 13 in die Druckmitteleinlaßdurchgänge 50, die in Verbindung mit den Ventilbohrungen 26 stehen. Wenn sich der Körper des Fliehkraftreglers dreht, bewirkt die auf die Ventile 28a, 28b und 28c wirkende Fliehkraft, daß sich die Ventile progressiv nach außen bewegen. Durch diese Bewegung werden die Druckmitteleinlässe 50 zu den Ringnuten 30 geöffnet, so daß das Druckmittel durch die Öffnungen 34 der Ventilspindeln und von dort in die jeweiligen Spindelhohlräume 32 geschickt wird. Es wird an den Spindeln ein Kräftegleichgewicht hervorgerufen, so daß der Druck in dem jeweiligen Hohlraum 32, multipliziert mit der Reaktionsfläche des besonderen Kolbens 42 (im Falle der Ventilspindel 28c des Einsatzstückes 38) gleich der Fliehkraft ist, die auf die jeweilige Ventilspindel wirkt. Somit besteht Meßzustand zwischen dem Druck in dem Druckmitteleinlaß 50, dem Druck in dem besonderen Spindelhohlraum 32 und in dem Ausströmbereich 53, so daß der Druck in einem bestimmten Hohlraum 32 zwischen dem Zufuhrdruck in dem Einlaßdurchgang 50 und dem Ausstoßdruck in dem Bereich 53 liegt. Daraus ergibt sich, daß der Druck in jedem einzelnen Spindelhohlraum 32 eine Funktion der Drehzahl der Getriebeabtriebswelle (Fliehkraft) und unveränderlicher, auf der Ausbildung der besonderen Ventilspindel beruhender Parameter ist, nämlich der Größe, des Gewichts, der Reaktionsfläche usw.

Wenn die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle (nicht gezeigt) und infolgedessen die Drehzahl des Fliehkraftreglerkörpers erhöht wird, ist die Fliehkraft bestrebt, die Ventilspindeln progressiv nach außen in eine Stellung zu

drücken, in der die Ventilnut 30 den Rand des Druckmitteleinlasses 50 freigegeben hat. Zu diesem Zeitpunkt kann unter Leitungsdruck stehendes Druckmittel in dem Druckmitteleinlaß 50 in den Spindelhohlraum 32 gelangen und eine Gegendruckwirkung auf die Spindel ausüben. Die auf die Spindel in radialer Richtung wirkende Kraft, die sich aus dem Einlaß des unter Druck stehenden Druckmittels in den Spindelhohlraum 32 ergibt, ist bestrebt, die Spindel radial nach innen in Richtung auf den Achsstummel 16 zu drücken und dadurch die Druckmittelzufuhr aus dem Druckmitteleinlaß 50 abzusperren. Zu der gleichen Zeit, in der die durch den unausgeglichenen Druck erzeugte Kraft in dem Hohlraum 32 die Spindel in eine Stellung drückt, in der der Druckmitteleinlaß 50 abgesperrt wird, wirkt jedoch gleichzeitig infolge der Drehung des Fliehkraftreglerkörpers 10 eine Fliehkraft auf die Spindel, die bestrebt ist, die Ventilspindel radial nach außen zu bewegen und den Druckmitteleinlaß 50 zur Druckmittelverbindung mit dem Spindelhohlraum 32 zu öffnen.

Es ist somit ersichtlich, daß die radiale Bewegung einer der mehreren Ventilspindeln die Resultierende zweier gleichzeitig wirkender, entgegengesetzter, radial gerichteter Kräfte ist , die die besondere Spindel veranlassen, als ein Druckregelventil zu wirken. Die Spindel bewegt sich in radialer Richtung hin und her, bis für jede Drehzahl der Getriebeabtriebswelle ein Gleichgewicht zwischen den auf die Spindel wirkenden Kräften hergestellt ist Wenn die verschiedenen ausgeübten Kräfte sich im Gleichgewicht befinden, befinden sich die Ventilspindeln in den in F i g. 1 und 2 gezeigten Stellungen. Zu dem Zeitpunkt, in dem die Ventilspindel sich im Gleichgewicht befindet, ist der Druck des Druckmittels in dem Hohlraum 32 der Drehzahl der Getriebewelle direkt proportional, und dieses unter Druck stehende Druckmittel in dem Hohlraum 32 und in den Auslaßleitungen 51, 59 und 61 wird als »Reglerdruck« bezeichnet Wie zuvor erwähnt, kann dieser Reglerdruck dazu verwendet werden, jede Art von druckabhängigen Vorrichtungen zu betätigen, wodurch eine Anlage geschaffen wird, die von der Drehzahl der Welle abhängt

Es ist ersichtlich, daß bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl durch die Getriebeabtriebswelle die Drehzahl des Gehäuses 10 eine bestimmte Fliehkraft auf der Ventilspindel 28a erzeugt, durch die ein bestimmter Reglerdruck in dem der Spindel 28a zugeordneten Hohlraum 32 erzeugt wird. Dieser Reglerdruck wird durch den Druckmittelauslaßdurchgang 51, der der Spindel 28a zugeordnet ist und von dort durch eine der Leitungen 61 einem Getriebewählventfl (nicht gezeigt) zugeführt, wo er bewirkt, daß das Ventil automatisch das Getriebe in einen höheren Drehzahlbereich umschaltet Wenn die Drehzahl der Getriebeabtriebswelle weiterhin ansteigt, steigt der von den Ventilspindeln 28b und 28c geregelte Druck auf Höhen, durch die diesen Ventilspindeln 286 und 28c zugeordneten Wählventile veranlaßt werden, das Getriebe an bestimmten Schaltpunkten umzuschalten, die durch die Ausbildung des Wählventils bestimmt sind. Umgekehrt, wenn das Fahrzeug entweder aufgrund erhöhter Last oder aufgrund einer Verringerung der Motordrehzahl durch den Fahrer langsamer zu werden beginnt, überwindet der Druck in den Hohlräumen 32 der jeweiligen Ventilspindeln die auf die Ventilspindeln

wirkende verringerte Fliehkraft, so daß der Druck, der auf die Wählventile übertragen wird, in genügendem

Maße abnimmt, um die Umschaltung des Getriebes auf einen geringeren Drehzahlbereich zu bewirken.

F i g. 4 ist ein Diagramm, in dem die drei verschiedenen Reglerdruckkurven A, B und C dargestellt sind, die durch die Ventilspindeln 28a, 286 bzw. 28c erzeugt werden. Wie durch die Kurve A gezeigt, erzeugt das Ventil 28a einen Signaldruck, der von Null bis 80 p.s.i. (5,6 kg/cm²) bei einer Drehzahl der Getriebeabtriebswelle von etwa 491 U/Min, reicht. Wenn dieses Signal von dem entsprechenden Wählventil oder den entsprechenden Wählventilen aufgenommen wird, bewirkt es die Hochschaltung des Getriebes von dem zweiten in den dritten Gang, wenn die Drehzahl etwa 340 U/Min.

erreicht und die Hochschaltung des Getriebes von dem dritten in den vierten Gang, wenn die Drehzahl etwa 491 U/Min, erreicht, und so weiter für jede Reglerkurve B und C bis das Getriebe sich in dem höchstmöglichen Drehzahlbereich befindet. Wie oben beschrieben, wird bei Abnahme der Drehzahl der Getriebeabtriebswelle und der sich daraus ergebenden Abnahme des Signaldrucks zu jedem Wählventil das Getriebe umgekehrt heruntergeschaltet.

Wie in dem Diagramm der F i g. 4 gezeigt, werden durch die Verwendung eines Fliehkraftreglers mit mehreren Ventilspindeln, wie vorstehend offenbart, optimale Druck-Drehzahlkurven in den Getriebeschaltbereichen geschaffen, in denen eine kleine Änderung der Drehzahl zu einer verhältnismäßig großen Änderung in den Druckwert führt. Daraus ergibt sich, daß die besonderen druckempfindlichen Einrichtungen, die durch den Regler gesteuert werden, weniger empfindlich zu sein brauchen. Wenn beispielsweise der Regler dazu verwendet wird, die Getriebeumschaltpumpe zu regeln, wie oben beschrieben, sind weniger empfindliche Wählventile erforderlich, um die Druckänderung zu fühlen, die letztlich zu einer Umschaltung des Getriebes führt

Ferner geht aus der Betrachtung der Kurven A, Sund

Cder Fig.4 hervor, daß alle Herauf- und Herunterschaltpunkte bei etwa dem gleichen Druckwert liegen, obwohl der Drehzahlwert von der Kurve A zu der Kurve C für jeden Umschaltpunkt deutlich zunimmt Die herausnehmbaren Unterlegscheiben 46 ermöglichen es, eine Feineinstellung vorzunehmen, die es gestatten, daß die Umschaltpunkte im wesentlichen bei demselben Druckwert jeder der Kurven A, B und C liegen. Dieses Merkmal bildet einen wesentlichen Vorteil in den Fällen, in denen der Fliehkraftregler dazu verwendet wird, Getriebeumschaltungen zu regeln, da dadurch die Anzahl der verschiedenen Wählventile verringert wird, die für die Umschaltung des Getriebes benötigt werdea Dieses Merkmal ist besonders nützlich in Mehrstufengetrieben, von denen viele 6 bis 8 Drehzahlbereiche habea

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydraulisch betätigter Fliehkraftregler, zur Erzeugung voneinander unabhängiger, drehzahlab- S hängiger Druckwerte, mit einem auf dem drehbaren Fliehkraftregler angeordneten Ventilkörper, welcher mehrere, axial nach außen sich erstreckende Bohrungen aufweist, mit in den Bohrungen befindlichen, relativ zu diesen bewegbaren Spindeln, ι ο innerhalb welchen je eine Kammer vorgesehen ist, welche über einen Kanal mit der die Spindel aufnehmenden Bohrung in Verbindung steht,mit das äußere Ende der Kammern verschließenden Druck-Reaktionskörpern, welche gegenüber der Jammer eine Druckreaktionsfläche bilden, und mit je einem Druckmitteleinlaß an jeder der die Spindeln aufnehmenden Bohrung, welcher mit einer gemeinsamen Druckmittelquelle in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß jede der die Spindeln (28a, 286, 28c) aufnehmenden Bohrungen (26) mit einem unabhängigen Druckmittelauslaß (Sl) versehen ist, und daß jede der Spindeln innerhalb der zugeordneten Bohrung in Überschneidung mit dem jeweiligen Druckmitteleinlaß (50) hin- und herbewegbar ist, um die Ableitung von Druckmittel in den Druckmittelauslaß und in die in der Spindel befindliche Kammer (32) zu steuern, dergestalt, daß der in der Kammer (32) existierende Druck auf der Spindel (28a, 286,28c) eine der Fliehkraft entgegengesetzte Druckkraft ausübt, so daß jede der Spindeln mit unterschiedlichen Konstruktionsparametern versehen ist, um innerhalb der jeweils zugeordneten Kammer (32) einen in Abhängigkeit von der Drehzahl bestimmbaren Druck zu erzeugen, und daß jede der Bohrungen (26) ein durch die Radialbewegungen der zugeordneten Spindeln steuerbarer Ablaß (53) angeschlossen ist.

2. Fliehkraftregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spindel mit zum Zwecke der Masseänderung dienenden, austauschbaren Masseteilen versehen ist.