Ventil mit einem Drehschieber

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Ventil mit einem Drehschieber sowie die Verwendung eines Ventils mit einem Drehschieber.

Bei hydraulisch geschalteten Getrieben ist in Regel einer von mehreren Hydraulikzylindern mit einem Hydraulikdruck zu beaufschlagen, wobei die anderen Zylinder drucklos bleiben. In der Regel sind die Hydraulikzylinder paarweise zu Doppelzylindern zusammen gefasst, sodass durch wechselweises Beaufschlagen der Zylinder die Kolben in eine Mittelstellung oder eine von zwei Endstellungen gebracht werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ventil zur Verwendung mit einem derartigen hydraulisch betätigten Schaltgetriebe bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Ventil mit einem Ventil mit einem Drehschieber, wobei der Drehschieber einen Leitungsraum, der in jeder Drehstellung des Drehschiebers mit einem ersten Zulauf verbunden ist und durch änderung der Drehstellung wahlweise mit einem von mehreren Abläufen verbunden werden kann, umfasst. Der Leitungsraum ist bevorzugt in jeder Drehstellung des Drehschiebers mit dem ersten Zulauf verbunden, kann aber auch nur in ausgewählten Drehstellungen mit dem ersten Zulauf verbunden sein.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass dieses einen zweiten Zulauf umfasst, der mit einem Freiraum zwischen einem Ventilgehäuse und dem Drehschieber verbunden ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Abläufe, die nicht in der jeweiligen Drehstellung des Drehschiebers über den Leitungsraum mit dem ersten Zulauf verbunden sind, über den Freiraum mit dem zweiten Zulauf verbunden sind. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Drehschieber eine radiale Lagerfläche aufweist, wobei die radiale Lagerfläche mit mindestens einer Bohrung hydraulisch mit dem ersten Zulauf verbunden ist.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bohrung eine Ausgleichsbohrung zwischen der radialen Lagerfläche und dem Leitungsraum ist. Der Drehschieber umfasst bevorzugt eine Lagerscheibe mit einer Antriebswelle auf einer Seite der Lagerscheibe und der radialen Lager-

fläche auf der Seite der Antriebswelle sowie einen Ventilschieber auf der der Antriebswelle abgewandten Seite der Lagerscheibe.

Der Ventilschieber umfasst vorzugsweise mindestens einen Bereich, der die radiale Lagerfläche radial nach außen überragt. Der Leitungsraum ist bevorzugt eine im Wesentlichen radial verlaufende Nut in dem Ventilschieber. Der Ventilschieber weist vorzugsweise im Wesentlichen einen rechteckigen Grundriss auf, wobei dieser die radiale Lagerfläche auf mindestens einer Seite radial nach außen überragt und quer zu dieser Seite radial nach außen von der Lagerscheibe überragt wird. In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Ventilschieber die radiale Lagerfläche auf zwei gegenüberliegenden Seiten radial nach außen überragt und quer zu diesen Seiten radial nach außen von der Lagerscheibe überragt wird.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen dem mindestens einen die radiale Lagerfläche radial nach außen überragenden Bereich des Ventilschiebers und einem Ventilgehäuse ein Spalt verbleibt.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Ventil mehrere Abläufe umfasst, die so angeordnet sind, dass diese in je einer Drehstellung des Drehschiebers von einem der beiden die radiale Lagerfläche radial nach außen überragenden Bereiche des Ventilschiebers überdeckt werden und durch den Leitungsraum mit dem ersten Zulauf hydraulisch verbunden sind. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Abläufe so angeordnet sind, dass jeweils nur genau einer der Abläufe von dem Ventilschieber in verschiedenen Drehstellungen überdeckt wird.

Das eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ventils in einem hydraulischen System eines hydraulischen Schaltgetriebes.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Drehschieberventils im Schnitt;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Drehschiebers in einer dreidimensionalen Ansicht;

Fig. 3 das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 in einer anderen Ansicht;

Fig. 4 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehventils in der Draufsicht;

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung eines Beispiels einer Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehventils in einem hydraulischen System.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Ventils 101. Dieses umfasst ein Ventilgehäuse 102, in dem ein Drehschieber 103 angeordnet ist. Der Drehschieber ist in den Fig. 2 und 3 aus verschiedenen Perspektiven dargestellt. Das Ventilgehäuse 102 umfasst ein oberes Gehäuseteil 104 sowie ein unteres Gehäuseteil 105. Das untere Gehäuseteil 105 ist mit einem ersten Zulauf 106, einem zweiten Zulauf 122 sowie mit mehreren Abläufen 107 versehen. Zwischen dem Ventilgehäuse 102 und dem Drehschieber 103 ist ein Freiraum 119. Der zweite Zulauf 122 ist ständig mit dem Freiraum 119 zwischen einem Ventilgehäuse 102 und dem Drehschieber 103 verbunden. Zur Aufnahme des Drehschiebers 103 ist eine Stufenbohrung 108 von unten in das obere Gehäuseteil 104 eingebracht, an der das untere Gehäuseteil 105 angeordnet ist. Die Stufenbohrung 108 nimmt den Drehschieber 103 auf, wobei die Stufenbohrung 108 durch das untere Gehäuseteil 105 nach außen hin abgedichtet ist, so dass nur durch den ersten Zulauf 106, den zweiten Zulauf 122 und die Abläufe 107 Hydraulikflüssigkeit in die Stufenbohrung 108 gelangen kann.

Fig. 2 zeigt den Drehschieber 103 in einer räumlichen Darstellung. Dieser umfasst eine im Wesentlichen zylinderförmige Lagerscheibe 109, an der auf einer Seite zentriert eine Antriebswelle 110 und an der anderen Seite ein Ventilschieber 111 angeordnet sind. Die Lagerscheibe 109 umfasst eine radiale Lagerfläche 112 sowie eine auf der Gegenseite der Lagerscheibe 109 angeordnete Fläche 113, wobei die radiale Lagerfläche 112 auf der Seite ist, auf der die Antriebswelle 110 angeordnet ist, und die Fläche 113 auf der Seite, auf der der Ventilschieber 111 angeordnet ist. Der Ventilschieber weist eine im Wesentlichen quaderförmige Form auf, wobei die radial nach außen ragenden Bereiche 114 und 115 in der Draufsicht aus Richtung der Antriebswelle 110 am äußeren Rand angerundet sein können. Der Teil der Stufenbohrung 108, der nicht durch den Ventilschieber 111 in seiner jeweiligen Drehstellung eingenommen wird, ist Teil des Freiraumes 119. Der Freiraum 119 umfasst also alle Volumen der Stufenbohrung 108, die nicht durch den Drehschieber 103 ausgefüllt sind. Die Lagerscheibe 109 und der Ventilschieber 111 können einstückig gefertigt sein oder z.B. durch Schweißen oder Verschrauben gefügt sein. Die Breite b des Ventilschiebers 110 ist kleiner als

der Durchmesser d der Lagerscheibe 109, so dass die Lagerscheibe 109 mit der Fläche 113 die Seiten des Ventilschiebers 111 radial nach außen überragt. Die Länge I des Ventilschiebers 111 ist größer als der Durchmesser d der Lagerscheibe 109, so dass der Ventilschieber 111 die Lagerscheibe 109 radial nach außen auf beiden Seiten überragt. Alternativ kann der Ventilschieber 111 auch so gestaltet sein, dass dieser die Lagerscheibe 109 nur auf einer Seite nach außen überragt, also beispielsweise auf einer Seite bündig mit der Außenkontur der Lagerscheibe 109 abschließt und nur auf der anderen Seite über diese herausragt, im Prinzip also so, als würde man in der Darstellung der Fig. 2 und 3 den Ventilschieber 111 radial in eine Richtung versetzen. Der Ventilschieber 111 umfasst an der der Lagerscheibe 109 abgewandten Seite einen Leitungsraum 117, der nach Art einer Nut an der in Einbaulage dem unteren Gehäuseteil 105 zugewandten Seite in diese eingebracht ist.

Fig. 4 a-d verdeutlicht die Anordnung der Ablaufbohrungen. Diese sind radial außerhalb der Lagerscheibe 109 angeordnet und radial innerhalb des von dem Leitungsraum bei Drehung des Drehschiebers 103 überstrichenen Bereiches. Durch unterschiedliche Drehstellungen des Drehschiebers gemäß den Darstellungen der Fig. 4 a-d ist somit jeweils ein Ablauf, diese sind in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen a, b, c und d versehen und entsprechen dem mit dem Bezugszeichen 107 versehenen Ablauf in Fig. 1, hydraulisch mit dem Leitungsraum 117 verbunden. Der Zulauf 106 ist in Fig. 4 nicht dargestellt und befindet sich axial konzentrisch unterhalb der Antriebswelle 110, so dass der Zulauf 106 in jeder Drehstellung des Drehschiebers 3 mit dem Leitungsraum 117 verbunden ist. Die mit dem Bezugszeichen a, b, c und d in Fig. 4 a-d bezeichneten Abläufe 107 sind jeweils so in einem Winkel zueinander bezüglich der durch die Antriebswelle 110 markierten Drehachse des Drehschiebers 3 angeordnet, dass jeweils nur genau ein Zulauf von dem Leitungsraum 117 überdeckt werden kann. Da jeweils die den äußeren teilen der Bereiche 114 oder 115 zugeordnete Seite des Leitungsraums 117 in Deckung mit einer der Ablaufbohrungen a, b, c oder d gebracht werden kann, ist wie aus Fig. 4 zu erkennen ist jeweils nur maximal ein Ablauf a, b, c, d zu überfahren, um einen beliebigen anderen Ablauf a, b, c, d erreichen zu können. Die Abläufe a, b, c, d sind dazu vorzugsweise auf einem Kreis mit dem Mittelpunkt um die Drehachse des Drehschiebers 103, diese ist durch die Antriebswelle 110 in Fig. 2 markiert, angeordnet, und zwar so, dass die mit ab, bc und cd bezeichneten Mindestabstände zwischen den äußeren Rändern der Abläufe a, b, c, d größer ist als die Breite a des Leitungsraumes 117 ist. Bei einer Drehbewegung des Drehschiebers 103 gibt es also keinen Bereich, in dem benachbarte Abläufe a, b, c oder d über den Leitungsraum 117 miteinander verbunden sind. Bei der Anordnung der Abläufe a, b, c und d ist dabei Sorge zu tragen, dass sich keiner der Abläufe bezüglich des Kreismittelpunktes M gegenüberliegend befindet oder in einem Bereich, in dem bei Abdeckung eines Ablaufs, der jeweils be-

züglich des Mittelpunkts M gegenüberliegende Bereich des Leitungsraums 117 in Deckung oder teilweiser Deckung mit dem gegenüberliegenden Ablauf kommt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass in keiner Drehstellung des Drehschiebers 103 zwei oder mehr Abläufe gleichzeitig mit dem Leitungsraum 117 verbunden sind, also entweder kein Ablauf a, b, c, d mit dem Leitungsraum verbunden ist oder genau ein Ablauf a, b, c oder d mit dem Leitungsraum 117 verbunden ist. Zusätzlich ist so gewährleistet, dass ausgehend von einer beliebigen Stellung des Drehschiebers 103, in der einer der Abläufe a, b, c oder d mit dem Leitungsraum 117 verbunden ist, maximal ein benachbarter Ablauf a, b, c oder d überfahren werden muss, um einen beliebigen anderen Ablauf a, b, c oder d zu erreichen. Da der Ventilschieber 111 symmetrisch ist, ist es also möglich, von jeder beliebigen der vier in der Praxis zu benutzenden Stellungen mit Verbindung des Leitungsraumes 117 zu einem der Abläufe a, b, c, d aus mit maximal zwei Schritten jede beliebige andere der möglichen vier in der Praxis nutzbaren Stellungen einzunehmen. Befindet sich der Ventilschieber 111 beispielsweise in der Position gemäß Fig. 4 b, in der also der Ausgang b mit dem Leitungsraum 117 verbunden ist, so wird durch einen Schritt gegen den Urzeigersinn eine Verbindung des Leitungsraumes 117 mit dem Ausgang d erreicht, dies ist in Fig. 4 d dargestellt, oder durch zwei Schritte eine Verbindung des Leitungsraums 117 mit dem Ausgang a wie dies in Fig. 4 a dargestellt ist oder durch ebenfalls zwei Schritte im Uhrzeigersinn eine Verbindung des Leitungsraums 117 mit dem Ausgang c hergestellt, dies ist in Fig. 4 c dargestellt. Bei einer Schaltung von a nach d müssen daher nicht noch b und c überfahren werden, dadurch lässt sich die maximale Schaltzeit verkürzen.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist verbleibt zwischen dem Ventilschieber 111 und dem oberen Gehäuseteil 104 ein Spalt 119. Wird die Stufenbohrung 8 mit Druck beaufschlagt, hier als Druck p2 bezeichnet, so hat dies eine Druckbelastung des Drehschiebers 103 gemäß den Pfeilen p2 in den Fig. 2 und 3 zur Folge. Dieser Druck p2 wirkt zum einen auf die Flächen der Bereiche 114 und 115 des Ventilschiebers 111 , die radial nach außen über die Lagerscheibe 109 hinausragen und gleichzeitig auf den Teil der Fläche 113 der Lagerscheibe 109, die nicht von dem Ventilschieber 111 überdeckt ist. Beide resultierenden Kräfte wirken gegeneinander, so dass sich diese zumindest teilweise aufheben. Die Flächenverhältnisse sind dabei so gewählt, dass die auf die Bereiche 114, 115 ausgeübte Druckkraft (leicht) überwiegt, so dass der Drehschieber in Richtung des Pfeils 120 in Fig. 1-3 gedrückt wird.

Der Leitungsraum 117 ist mit Ausgleichsbohrungen 121 mit der radialen Lagerfläche 112, verbunden. Der Druck, der in dem Leitungsraum 117 wirkt, dies ist in Fig. 1 mit p1 bezeichnet, wirkt dadurch gleichzeitig auf die radiale Lagerfläche 112 der Lagerscheibe 109, wobei die

daraus resultierenden Kräfte entgegengesetzt wirken. Beide heben sich also, zumindest teilweise, auf. Alternativ könnte der Zulauf 106 z. B. durch eine Zuleitung oder eine Bohrung durch das Ventilgehäuse 2 mit dem Bereich der Stufenbohrung verbunden sein, in dem die Lagerscheibe 109 mit der radiale Lagerfläche 112 in Einbaulage liegt. Die Ausgleichsbohrungen 121 könnten also auch statt durch den Drehschieber 3 durch das Ventilgehäuse 2 gelegt sein.

Die Anordnung des zweiten Zulaufs 122 ist in Fig. 4 a-d dargestellt. Dieser kann sich beispielsweise an dem unteren Gehäuseteil 105 ähnlich wie die Abläufe a bis d befinden. Der zweite Zulauf 122 ist so angeordnet, dass dieser in keiner der Schaltstellung, in der einer der Abläufe a bis d in Wirkverbindung mit dem ersten Zulauf 106 ist, mit dem Leitungsraum 117 verbunden ist. Der zweite Zulauf 122 ist stattdessen immer mit dem Freiraum 119 verbunden. Die Abläufe, die nicht mit dem Leitungsraum 117 verbunden sind, also nicht von dem Ventilschieber 111 überdeckt sind, stehen über den Freiraum 119 in hydraulischer Verbindung mit dem zweiten Zulauf 122. In den Stellungen, in denen also einer der Abläufe a bis d von dem Leitungsraum 117 überdeckt ist bzw. mit diesem in Wirkverbindung steht, sodass Hydraulikflüssigkeit über den Leitungsraum 117 in einen der Abläufe a bis d fließen kann, steht der zweite Zulauf 122 also nicht in Verbindung mit dem Leitungsraum 117. Auf diese Art und Weise können diejenigen Abläufe, die gerade nicht in hydraulischer Verbindung mit dem Leitungsraum 117 sind, mit einem anderen Druck als dem, der an dem ersten Zulauf 106 anliegt, nämlich dem Druck, der an dem zweiten Zulauf 122 anliegt, beaufschlagt werden. Alternativ ist es möglich, den zweiten Zulauf 122 so wie gestrichelt in Fig. 1 angedeutet, anzuordnen, dass dieser also nicht in dem unteren Gehäuseteil 105 ähnlich wie der erste Zulauf 106 und die Abläufe 107 angeordnet ist, sondern beispielsweise radial in das Gehäuse eingebracht ist.

Fig. 5 zeigt ein Beispiel der Verwendung eines erfindungsgemäßen Drehschieberventils in einem hydraulischen System 201 zur Schaltung eines 8-Gang Doppelkupplungsgetriebe. In Fig. 5 sind nur die Teile des hydraulischen Systems 201 dargestellt, die zur Schaltung von vier Doppelzylindern, diese sind mit dem Bezugszeichen 202, 203, 204 und 205 bezeichnet, notwendig sind. Die Doppelzylinder 202 bis 205 sind jeweils für die Schaltung zweier Gänge zuständig, wobei diese in der Darstellung der Fig. 5 bei einer Bewegung nach links ein Gang und bei einer Bewegung nach rechts den anderen Gang einlegen und in der Mittelstellung, wie diese in Fig. 5 dargestellt ist, in einer Neutralstellung sind. Jeweils einer der Zylinder der Doppelkolben, diese sind jeweils mit 202a, 203b, 204c sowie 205d bezeichnet, ist mit einem Ausgang a, b, c bzw. d des Ventils 101 verbunden. Der zweite Zulauf 122 ist zusammen mit den nicht mit einem der Eingänge a bis d verbundenen Kolben 202e, 203f, 204g und 205h mit

einem Ausgang 205 eines Schaltdruckregelventils 206 verbunden. Das Schaltdruckregelventil 206 verfügt über einen zweiten Ausgang 207, der mit dem ersten Eingang 106 des Ventils 101 verbunden ist. Ein Hochdruckeingang 208 des Schaltdruckregelventils 206 ist mit der Druckseite einer hier nicht dargestellten Pumpe bzw. einem Druckspeicher verbunden, zwei Niederdruckeingänge 209 des Schaltdruckregelventils 206 sind mit der Niederdruckseite der hier nicht dargestellten Hydraulikpumpe bzw. einem (im Wesentlichen unter Umgebungsdruck stehenden) Hydrauliktanks bzw. -reservoirs für das Hydrauliköl verbunden. Das Schaltdruckregelventil 206 hat insgesamt drei Stellungen, nämlich eine Mittelstellung, in dem die Ausgänge 205 und 207 von dem Hochdruckeingang 208 getrennt und mit den Niederdruckeingängen 209 verbunden sind, eine erste Stellung, bei der der Ausgang 205 mit dem Hochdruckeingang 208 verbunden ist und der Ausgang 207 mit dem Niederdruckeingang 209 verbunden ist, sowie eine zweite Stellung, in der der Ausgang 207 mit dem Hockdruckeingang 208 sowie der Ausgang 205 mit dem Niederdruckeingang 209 verbunden ist. Das Schaltdruckregelventil 206 kann in den drei Stellungen also entweder keinen der beiden Ausgänge mit einem der Eingänge verbinden oder wechselweise entweder den Ausgang 205 mit dem Hockdruckeingang 208 und den Ausgang 207 mit einem der Niederdruckeingänge 209 oder umgekehrt den Ausgang 207 mit dem Hochdruckeingang 208 und den Ausgang 205 mit einem der Niederdruckeingänge 209 verbinden. Es kann also wechselweise Hockdruck und Niederdruck auf die Ausgänge 205 und 207 gelegt werden.

Es gibt zwei Arten der Druckbeanspruchung. Liegt der hohe Druck als Druck p1 an dem ersten Zulauf an, so wirkt dieser innerhalb des Ventilschiebers 111 in dem Leitungsraum 117. Durch die Ausgleichsbohrungen wirkt dieser Druck auch an der der Antriebswelle zugewandten Seite der Lagerscheibe, an der der Ventilschieber angeordnet ist. Die Flächen sind so ausgelegt, dass eine geringe Restkraft erzeugt wird, welche den Ventilschieber leicht auf das untere Gehäuseteil 105 drückt. Liegt an dem zweiten Zulauf der hohe Druck als Druck p2 an, so wirkt der erstgenannte Druck p1 nicht, es wirkt stattdessen der zweite Druck p2 zwischen dem Drehschieber 103 und dem Ventilgehäuse 102. Die Flächen, die jeweils gleichzeitig mit Druck beaufschlagt werden, sind so ausgelegt, dass immer eine geringe Restkraft anliegt, die den Drehschieber 103 auf das untere Gehäuseteil drückt, um eine bessere Dichtheit zwischen Ventilschieber 111 und Ventilgehäuse 102 zu erzielen. Durch die zuvor genannten Maßnahmen wird erreicht, dass der Maximaldruck, bei dem sich der Drehschieber 103 gerade noch bewegen lässt, erhöht werden kann.

Bezuqszeichen liste

101 Ventil

102 Ventilgehäuse

103 Drehschieber

104 Oberes Gehäuseteil

105 Unteres Gehäuseteil

106 Erster Zulauf

107 Abläufe (auch mit a bis d bezeichnet)

108 Stufenbohrung

109 Lagerscheibe

110 Antriebswelle

111 Ventilschieber

112 radiale Lagerfläche 112

113 Fläche

114 Radial nach außen ragender Bereich

115 Radial nach außen ragender Bereich

117 Leitungsraum

118 Spalt

119 Freiraum

120 Richtungspfeil

121 Ausgleichsbohrungen

122 Zweiter Zulauf