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Ftüssigkeitskuppinng mit Drehmomentübertragung durch den statischen Druck einer
Flüssigkeit.
Bei Kupplungen mit Drehmomentübertragung durch den statischen Druck einer Flüssigkeit ist es bekannt, Regelvorrichtungen zur Änderung des Schlupfes zum Zwecke der Änderung des Übersetzungsverhältnisses vorzusehen. Die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzten, beispielsweise nach Art von Kolbenoder Zahnradpumpen ausgebildeten Kupplungsglieder wirken bei schlüpfender Kupplung als Pumpe, die einen Flüssigkeitsstrom aus der Kupplung durch eine Leitung (Druckleitung) über das Regelglied nach aussen fördert, während eine entsprechende Flüssigkeitsmenge der Kupplung durch eine zweite Leitung (Saugleitung) zuströmt. Aus Gründen der Kosten-, Raum-und Gewichtsersparnis ist es erwünscht, diese Leitungen mit möglichst geringem Querschnitt ausführen zu können.
Solche enge Leitungen haben jedoch im allgemeinen den Nachteil, dass sie auch bei voll geöffnetem Regelglied, also bei der überhaupt möglichen geringsten Behinderung des Flüssigkeitsdurchflusses durch die Kupplung, diesem Durchfluss soviel Widerstand bieten, dass die Schlupfregelung nicht immer bis zu den gewünschten niederen Drehzahlen des getriebenen Teiles oder gar bis zu dessen völligem Stillstand möglich ist.
Zweck der Erfindung ist es, auch bei verhältnismässig engen Leitungen eine sehr weitgehende Schlupfregelung zu ermöglichen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäss, indem nicht nur in die Druckleitung, sondern auch in die Saugleitung Regelglieder eingebaut werden, die ein Drosseln oder Absperren dieser Leiter ermöglichen.
Je kleiner so die in der Zeiteinheit durch die Kupplung strömende Flüssigkeitsmenge wird, um so geringer wird der Druck, der nötig ist, um die Flüssigkeit durch die Kupplung zu fördern, und um so grösser wird - da das übertragbare Drehmoment diesem Druck verhältnisgleich ist-der Schlupf. Man kann die Drosselung so weit treiben, dass an der Kupplungssaugseite ein beträchtlicher Unterdruck entsteht oder aber man kann zuletzt Luft statt Flüssigkeit (oder ein Gemisch aus beiden) in die Kupplung einführen ; dadurch ist auch bei engen Durchflussquerschnitten eine sehr weitgehende Schlupfregelung ermöglicht.
Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen an einigen Ausführungsbeispielen näher veranschaulich. Es zeigt Fig. 1 eine Kupplung im axialen Schnitt mit zu räumlich fest angeordneten Regelgliedern führenden Leitungen, Fig. 2 einen Schnitt durch die Kupplung senkrecht zur Achse nach 11-11 der Fig. 1. Fig. 3 zeigt eine Regelvorrichtung im Längsschnitt, Fig. 4 eine ähnliche Regelvorrichtung gleichfalls im Längsschnitt. Fig. 5-8 zeigen eine andere Ausbildungsform einer Regelvorrichtung im Längsschnitt (Fig. 5) und im Querschnitt nach der gebrochenen Linie VI-VI der Fig. 5 in drei verschiedenen Regellagen (Fig. 6-8). Fig. 9 zeigt eine Kupplung, bei der die Regelglieder mit der Kupplung zusammen umlaufen.
Die hinsichtlich ihrer Wirkung in den verschiedenen Figuren übereinstimmenden Teile sind gleich bezeichnet.
. Die Kupplung nach Fig. 1 und 2 ist in an sich bekannter Weise nach Art einer Zahnradpumpe ausgebildet, bei welcher beispielsweise ein treibender Wellenteil 1 mit dem die Planetenräder 4 und 5 tragenden Gehäuse 6 und ein getriebener Wellenteil 2 mit einem mittleren Zahnrad 3 fest verbunden ist. Der Kupplungssaugseite wird die Kupplungsflüssigkeit, beispielsweise Öl, aus einem Vorratsbehälter 20 zugeführt ; es durehfliesst zunächst einen Kühler 21 und gelangt von dort über die Saugleitung, die von den Leitungsteilen 22,23, 24 der Wellenhülse 11, dem in der Welle 1 verlaufenden Kanal 10 und dem
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den Zutritt zu den Zahnlücken vermittelnden Raum 7 go bildet wird, zur Kupplung. Zwischen den
Leitungsteilen 22 und 23 liegt ein Regelventil A.
Auf der Kupplungsdruekseite tritt die Flüssigkeit aus den Zahnlücken über Raum 8 in den Wellenkanal12, strömt von dort über Hülse 13 und Leitung 31 zu einem Regelventil C und von diesem über Leitung 33 zum Vorratsbehälter 20 zurück. Von dem Saugleitungsteil 24 zweigen zwei weitere Leitungen ab, u. zw. eine Leitung 25 mit Regelvorrichtung B und mit frei ausmündender, zweckmässig zum Vorratsbehälter 20 führender Fortsetzung 26 und ferner eine Leitung 27, die ein nach aussen öffnendes, nur mässig belastetes Rückschlagventil 28 enthält und in einen Ölsumpf 40 ausgiesst.
Vor dem Ventil A zweigt von Leitung 22 eine Leitung 41 ab, in die eine ständig laufende Pumpe 42 eingebaut ist, hieran schliesst sich die eine Verengung 44 aufweisende Leitung 43, die hinter Ventil A in Leitung 23 einmündet. Die Pumpe 42 kann also dauernd (auch bei geschlossenem Ventil A) eine kleine Flüssigkeitsmenge in die Kupplung fördern. Sind die Ventile B und C geschlossen, also der Durchfluss durch die Kupplung und der freie Austritt verhindert, so kann diese Flüssigkeit über Ventil 28 wieder austreten. Die Pumpe 42 kann noch weitere Schmierstellen, z. B. ein die Kupplung antreibendes Zahnrad 45, über die Spritzdüsen 46 mit Schmieröl versorgen. Das hier verbrauchte Öl fliesst zum Ölsumpf 40.
Aus diesem Ölsumpf saugt eine weitere Pumpe 49 das Öl ab und fördert es über Leitung 50 in die vom Ventil C kommende Leitung 32 oder unmittelbar in den Behälter 20. An die Druckleitung 31 (zwischen Hülse 13 und Ventil 0) kann eine von Leitung 22 abzweigende, ein Saugventil 52 enthaltende Leitung 53 und eine ein stark belastetes Sicherheitsventil 54 enthaltende, in den Ölsumpf 40 ausgiessende Leitung 55 angeschlossen sein.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende : Soll die Kupplung ohne Sehlupf arbeiten, so ist Ventil A offen, während die Ventile B und C geschlossen sind. Soll die Drehzahl der getriebenen Maschine vermindert werden, so öffnet man Ventil C, der Flüssigkeitsdruek sinkt und die nunmehr schlüpfende Kupplung wirkt jetzt als Pumpe und fördert einen Flüssigkeitsstrom vom Behälter 20 über Ventil A, Hülse 11, Kanal 10 in die Kupplung und über Kanal 12, Hülse 13, Ventil C und Leitung 32 zum Behälter 20 zurück. Ist auch bei voll geöffnetem Ventil 0 die Drehzahl des getriebenen Teiles 2 noch zu hoch, so wird Ventil A mehr und mehr geschlossen, so dass die der Kupplung in der Zeiteinheit zuströmende Flüssigkeitsmenge verringert und der zu ihrer Förderung durch die Kupplung erforderliche Druck entsprechend kleiner wird.
Bei ganz geschlossenem Ventil A entsteht in den Saugräumen der Kupplung ein erheblicher Unterdruck, dessen Beseitigung oft erwünscht ist. Hiezu dient Ventil B, das bei seinem Öffnen Luftzutritt zur Kupplung ermöglicht. Da Luft mit sehr geringem Druck durch die Kupplung gefördert werden kann, erfährt der Schlupf hiebei noch eine wesentliche Zunahme. Schädliches Trockenlaufen der Kupplung wird hiebei durch die geringe, mittels Pumpe 42 über die Verengung 44 geförderte Flüssigkeitsmenge vermieden. Man könnte auch die Pumpe fortlassen oder nur Ventil A mit einer kleinen Undichtigkeit versehen, indessen ist dann eine genaue Einstellung einer bestimmten
Flüssigkeitsmenge nicht möglich, da der Zufluss hiebei stark von der mit der Temperatur wechselnden
Zähigkeit abhängt.
Dagegen ergibt die zwangläufige Förderung der Leerlaufflüssigkeit mittels der
Pumpe 42 eine praktisch immer gleichbleibende Zufuhr. Tritt bei geöffnetem Ventil B Freilaufwirkung (d. h. ein Voreilen des getriebenen Teiles gegenüber dem treibenden) der Kupplung ein, bei der sie
Flüssigkeit im umgekehrten Sinne fördert, so kann diese Flüssigkeit durch Leitung 26 nach dem
Behälter 20 entweichen. Bei geschlossenen Ventilen A und B kann bei Freilauf der Kupplung die rückströmende Flüssigkeit durch Leitung 27 über Ventil 28 zum Ölsumpf 40 abfliessen.
Der bei Freilaufwirkung zur Vermeidung übermässiger Vakuumbildung und zur Schmierung erforderliche Flüssigkeitszutritt zur Kupplung wird durch die Leitung 53 mit dem Saugventil 52 ermöglicht, das zweckmässig so ausgebildet ist, dass es nur eine verhältnismässig kleine Flüssigkeitsmenge durchlässt, also in gleicher Weise schlupffördernd wirkt, wie das stark gedrosselte Ventil A bei der normalen Kraft- übertragungsrichtung.
Die Verbindung der Flüssigkeitsversorgung der Kupplung mit einer Getriebeschmierung (42, 46) hat den Vorteil, dass auch bei längerem Stillstand des Kupplungskreislaufes ein Umlauf erwärmten Öles durch den Kühler 21 stattfindet, so dass bei Luftkühlung desselben auch bei tiefen Aussentemperaturen das Öl immer genügend flüssig bleibt.
Zur Vereinfachung des Aufbaues der Regeleinrichtung kann man die drei Regelventile A, B, C zu einem einzigen Regelorgan vereinigen, dessen Verstellglied zweckmässig als entlasteter Kolbenschieber ausgebildet ist.
Eine solche Regelvorrichtung mit geradlinig verschiebbarem Verstellglied ist in Fig. 3 dargestellt.
In einer Bohrung des Gehäuses 60 ist ein Kolbenschieber 61 mittels einer Schieberstange 63 in axialer Richtung verschiebbar. Der Schieber beherrscht drei Schlitzkränze A, B, C, die den ebenso benannten Regelventilen der Fig. 1 entsprechen und die durch Leitungen, die wiederum den in Fig. 1 gleich bezifferten Leitungen entsprechen, mit der Kupplung J und den übrigen Teilen der Anlage in Verbindung stehen.
Die Schlitze A und C werden von den äusseren Schieberkanten, die Schlitze B von der oberen Kante einer Eindrehung 62 gesteuert.
Befindet sich der Schieber ganz unten, so ist der Durchgang A offen, die Durchgänge B und C sind geschlossen, d. h. die Kupplung arbeitet ohne Schlupf.
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Beim Anheben des Schiebers öffnet sich der Durchgang C mehr und mehr, die Kupplung kann also als Flüssigkeitspumpe wirken und läuft mit immer grösseren) Schlupf. In der gezeichneten Stellung
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der Durchgang A, die Kupplung arbeitet jetzt mit Schlupf in einem Vakuum ; schliesslich öffnet die obere Kante der Eindrehung 62 den Durchgang B, und es kann Luft aus Leitung 26 über den Kanal 25
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Leitungsteil 23 übertreten.
Fig. 4 zeigt die gleiche Einrichtung, nur ist hier der den Schlitzkranz C steuernde Schieberteil 64 nicht fest mit dem übrigen Schieberteil 61'verbunden, sondern er wird durch eine Feder 66 gegen den Anschlag 67 einer Verlängerung 68 des Sehieberteiles 61'gedrückt. Mit dem Teilschieber 64 ist ferner ein Hilfssehieber 65 starr verbunden, der einen weiteren Schlitzkranz 70 steuert und mit einem Rück- schlagventil 71 zusammenarbeitet.
Bei der Aufwärtsbewegung der Stange 63 wird der Schieber 64 vom Anschlag 67 zwangläufig mitgenommen, und die Wirkungsweise der Einrichtung ist die gleiche, wie beim Beispiel nach Fig. 3.
Wird die Stange 63 gesenkt, so wird nur der Teilsehieber 61'zwangläufig mitgenommen, dagegen wird der Teilsehieber 64 mit Hilfsschieber 6- ? nicht zwangläufig, sondern nur unter dem Druck der Feder 66 vorgeschoben. Wenn hiebei der Hilfssehieber 65 die Schlitze 70 abschliesst, hat der Teilschieber 64 die Schlitze C erst zum Teil abgedeckt. Von diesem Abschluss der Schlitze 70 an kann die in dem Raum 69 unter diesem Kolben befindliche Flüssigkeit nur noch durch eine kleine Öffnung 72 in der Gehäusewand nach aussen entweichen, so dass auch bei schnellem Niederdrücken der Stange 63 der Teilschieber 64 unter dem Druck der Feder 66 der Stangenverschiebung nur langsam folgen und dementsprechend die Schlitze C nur allmählich völlig abschliessen kann.
Dadurch wird ein stets sanftes Einrücken der Kupplung erreicht ; ausserdem findet die vom vorhergehenden Schlupfbetrieb der Kupplung stark erwärmte Flüssigkeit genügend Zeit, sich in dem Kühler 21 (Fig. 1) erst soweit zurückzukühlen, dass für das volle Einrücken der Kupplung kühles und daher zäheres Öl zur Verfügung steht, so dass die unvermeidlichen Undichtigkeitsverluste und damit der ungewollte Sehlupf möglichst klein werden. Zur Speisung der Kanäle 70 kann die von der Pumpe 42 durch die Leitung 43 der Leitung 23 zuzuführende Leerlaufflüssigkeit dienen.
Um zu erreichen, dass der Regelsehieber immer leicht verschiebbar ist, wird das Gehäuse 60 zweckmässig mit einer Anwärmevorrichtung versehen. Zu diesem Zweck können beispielsweise im Gehäuse Hohlräume 75 vorgesehen sein, die von einer warmen Flüssigkeit durchströmt werden. Als solche Heiz- flüssigkeit eignet sich beispielsweise die von der Pumpe 49 in die Leitung 50 geförderte Flüssigkeit, welche noch die Reibungswärme der von ihr geschmierten Getriebeteile 45 (Fig. 1) enthält. Diese Flüssigkeit kann durch Leitung 50'in die von dem Durchgang C abgehende Leitung 32 abgeführt werden.
Die Fig. 5-8 zeigen die Ausbildung des Regelorgans als Drehschieber, der an Stelle der der Welle 1 anliegenden Hülsen 11 und 73 (Fig. l) eingebaut werden kann. Wie Fig. 5 zeigt, liegt der Dreh- schieber# 81 zwischen einem festliegenden Mantelteil 80 und der Welle 1 und trägt einen Hebel 82, mit Hilfe dessen er von Hand oder auch durch eine besondere Regelvorriehtung verstellt werden kann. Auf der Schieberinnenseite liegen zwei ringsumlaufende Rillen 8. 84, von denen die eine (83) mit dem Saugkanal 10 der Kupplung, die andere (84) mit dem Druckkanal M in dauernder Verbindung steht.
Von jeder Rille führt eine Durchbrechung 85 bzw. 86 zur Aussenseite des Schiebers und stellt je nach der Einstellung des letzteren die gewünschten Verbindungen der an den Mantel 80 angeschlossenen Zu-und Ableitungen her, wie dies in Fig. 6-8 für die drei Hauptbetriebsfälle veranschaulicht ist.
Bei der Einstellung nach Fig. 6 ist die das Ventil A bildende Mündung der Leitung 22 über die Aussparung 85 und Rille 83 mit dem Kanal 10 verbunden, dagegen ist die das Ventil C bildende Mündung
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durch die Kupplung fliessen, d. h. die Kupplung arbeitet mit Schlupf.
Beim Weiterdrehen des Schiebers im Uhrzeigersinn wird bei offen bleibender Mündung C die Mündung A mehr und mehr gedrosselt, bis sie schliesslich, wie Fig. 8 zeigt, ganz geschlossen ist. Kurz vor Erreichung der Stellung nach Fig. 8 wird auch die dem Ventil B entsprechende Mündung der Leitung 26 von der Durchbrechung 85 freigelegt, so dass nunmehr Luft in die jetzt mit dem grössten Sehlupf arbeitende Kupplung eintreten kann.
An das Schiebergehäuse 80 sind ferner noch auf der Saugseite die zu einer Mündung 91 vereinigten Leitungen 27 und 43 und auf der Druckseite ebenfalls mit gemeinsamer Mündung 92 die Leitungen 53 und 55 angeschlossen. Die Mündungen 91 und 92 dieser Leitungen liegen so, dass bei allen Schieberstellungen die Mündung 91 stets mit dem Saugkanal-M und die Mündung 92 stets mit dem Druckkanal 72 Verbindung
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Die Anordnung hat den Vorteil grosser Einfachheit, da keinerlei ausserhalb der Kupplungsteile zu verlegende Verbindungsleitungen zwischen Regelorgan und Kupplung vorzusehen seien, bei grosser Betriebssicherheit, da das Verstellglied nicht mit der Kupplung umläuft, also jederzeit leicht zu überwachen und einfach zu handhaben ist.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 9 sind die Regelglieder und die zugehörigen Leitungen ganz innerhalb des Kupplungsgehäuses 6 angeordnet und dieses Gehäuse enthält auch gleichzeitig den mitumlaufenden Flüssigkeitsbehälter 20, der infolge der intensiven Luftbespülung beim Umlauf gleichzeitig als Kühler wirkt und zur Verstärkung dieser Wirkung noch mit Kühlrippen 21'besetzt sein kann. Der Einfüllstutzen 98 dieses Behälters trägt eine nach innen gerichtete Verlängerung 99, welche bewirkt, dass der Behälter nie ganz gefüllt werden kann, also stets eine bestimmte Luftmenge darin erhalten bleibt.
Beim Umlauf der Kupplung bildet die Flüssigkeit einen Ring, der den verbleibenden Luftraum umschliesst. In diesen Luftraum münden die Leitungen 26 und 32 der Sehlupfregeleinrichtung. Der Schlupf wird mittels eines Schiebers geregelt, der in Bauart und Wirkungsweise genau der Fig. 3 entspricht, während die Zu-und Ableitungen wieder dem Schema der Fig. 1 entsprechen, so dass die Wirkungsweise hienach ohne weiteres klar ist.
Die getriebene Welle 2 dieser Kupplung ist hier als kurze, die Welle 1 übergreifende Hohlwelle ausgeführt, die ein Zahnrad 100 trägt, von dem die übertragene Leistung weiterhin abgeleitet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Anordnungen beschränkt, sondern gestattet insbesondere hinsichtlich der Bauart und Anordnung der Regeleinrichtungen vielerlei Aus- führungsmöglichkeiten, wenn nur das Grundprinzip, die Drosselung des Zuflusses zur Kupplung zwecks Verringerung des für das Durchtreiben der Flüssigkeit durch die Kupplung erforderlichen Druckes bei Sehlupfbetrieb, gewahrt bleibt.
Solche weiteren Ausführungsmöglichkeiten, die auch noch eine Vereinfachung zur Folge haben. bestehen beispielsweise darin, entweder das Regelglied C oder auch das Regelglied A nur als einfache enge Drosselöffnung auszubilden bzw. entweder die Druckleitung oder die Saugleitung selbst sehr eng zu halten. Bei Anordnung dieser unveränderlichen Drosselöffnung in der Druckleitung (an Stelle des Regelgliedes C) muss die dadurch hervorgerufene Drosselung so stark sein, dass bei voll eingerückter Kupplung die durch die Drosselöffnung abfliessende Flüssigkeitsmenge sehr klein ist im Verhältnis zu der durch die Kupplungspumpenglieder bei vollem Schlupf verdrängten Flüssigkeitsmenge, so dass durch diese abfliessende Flüssigkeitsmenge nur ein sehr geringfügiger Schlupf entsteht.
Die Sehlupfänderung kann dann allein durch Verstellung der Regelglieder A und B erfolgen.
Bei Anordnung des festen Drosselquerschnittes in der Saugleitung (an Stelle des Regelgliedes A) erfolgt die Schlupfregelung allein durch Verstellung der Regelglieder B und C.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flüssigkeitskupplung für Drehmomentübertragung durch den statischen Druck einer Flüssigkeit und mit Einrichtungen zur Änderung des Schlupfes, dadurch gekennzeichnet, dass in die bei Schlüpfen der Kupplung als Saugleitung wirkende Leitung (22,23, 24) eine Drosselvorrichtung (A) eingebaut ist.