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Fliissigkeitskupplung oder-getriebe der kinetischen Gattung.
Die Erfindung bezieht sich auf Fliissigkeitskupplungen oder-getriebe der kinetischen Gattung, bei welchen ein ringförmiger hydraulischer Kreislauf für die Arbeitsfliissigkeit innerhalb eines Treibers und eines dazu koaxialen Läufers vorgesehen ist, wobei Treiber und Läufer einen gekrümmten Mantel aufweisen, der die Grenze des hydraulischen Kreislaufes bildet und bei welchen die Menge der Flüssigkeit im Arbeitskreislauf während der Tätigkeit der Kupplung variiert werden kann.
Damit derartige Kupplungen fähig sind, Arbeit mit hohem Wirkungsgrad, d. h. mit geringem Schlupf, zu übertragen, ist es erforderlich, die Verluste infolge unregelmässiger Bewegungen der Arbeitsflüssigkeit und der Bildung von Wirbeln, bei dem Umlauf zwischen Treiber und Läufer möglichst klein zu machen. Daher bildet man bei Kupplungen von hohem Wirkungsgrad die verschiedenen, zum hydraulischen Kreislauf gehörigen Teile derart aus, dass die Kreislaufbegrenzung glatte Stromlinien aufweist, mit dem Ergebnis, dass der Strom, der zwischen Treiber und Läufer umlaufenden Arbeitsflüssigkeit keine plötzliche. Ablenkung beim Durchgang durch die die hydraulische Kupplung bildenden Teile erleidet.
Verwendet man derartige Kupplungen von hohem Wirkungsgrad bei Anlagen zur Energieübertagung, so stellt sieh heraus, dass unter gewissen Betriebsbedingungen heftige Schwankungen im Werte des durch die Kupplung übertragenen Drehmomentes auftreten können, u. zw. wegen der Unstetigkeit des zwischen Treiber und Läufer umlaufenden Fliissigkeitsstromes. Bei einer bekannten Energieiiber- tragungsanlage ist beispielsweise die Kupplung zwischen einer Antriebsmaschine, welche hauptsächlich mit konstanter Drehzahl läuft, und einer Arbeitsmaschine, die ein grosses Anlaufdrehmoment erfordert, eingeschaltet.
Bei dieser Anordnung kann man bei laufender Treibmaschine die getriebene Maschine aus dem Ruhezustand anlassen, indem man Flüssigkeit in den hydraulischen Kreislauf einlässt, und umgekehrt die getriebene Maschine stillsetzen, indem man den hydraulischen Kreislauf entleert oder seinen Fliissigkeitsinhalt vermindert.
Es hat sich nun herausgestellt, dass, wenn man die getriebene Maschine in der geschilderten Weise auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt oder verzögert, das Drehmoment bei grossem Schlupf ansteigt, so dass es unmöglich ist, stabile Geschwindigkeitsverhältnisse bezüglich des getriebenen Teils aufrechtzuerhalten. Das Anschwellen des Drehmomentes kann eine schwere Überlastung der Antriebsmaschine herbeiführen, besonders wenn die Trägheit der getriebenen Maschine gross ist.
Bei einer andern Anordnung wird die Kupplung dazu verwendet, eine Energiequelle mit veränderlicher Drehzahl mit einer ein hohes Anlassdrehmoment erfordernden Belastung zu verbinden. Hier kommen Erhöhungen des Drehmomentes vor, wenn die Geschwindigkeit der Energiequelle verhältnismässig gering und der Sehlupf in der Kupplung gross ist.
Die Drehmomenterhöhungen dieser Art kommen wahrscheinlich folgendermassen zustande : Wird eine derartige Kupplung mit teilweise gefülltem hydraulischem Kreislauf und mit hohem Schlupf betrieben, so ist der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit unregelmässig und unbestimmt ; bei abnehmendem Schlupf aber nimmt der Umlauf eine bestimmte Form an, z. B. die eines flachen Wirbelrings von hoher Geschwin- digkeit.
Diese Änderung der Strömung erfolgt plötzlich und verursacht eine mehr oder weniger heftige
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Leistung, Die Flüssigkeitsströmung wird dann wieder geschwächt, indem sie in den Kanälen des getriebenen
Teiles einer gesteigerten Fliehkraftwirkung unterliegt, und schliesslich bricht der Kreislauf zusammen, so dass in der Folge das Drehmoment abfällt und der Schlupf wieder wächst ; das Spiel kann dann von neuem beginnen.
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Zweck der Erfindung ist es, eine verbesserte Kupplung der beschriebenen Gattung mit hohem Wirkungsgrad zu schaffen, bei welcher die diesen Anordnungen innewohnende Fnstabilität beseitigt oder auf einen unwesentlichen Betrag vermindert wird.
Erfindungsgemäss ist bei einer hydraulischen Kupplung bzw. einem hydraulischen Getriebe der beschriebenen Gattung, bei welchen die Begrenzung des Arbeitskreislaufs glatte Stromlinienform aufweist, diese glatte Begrenzung durch eine Unstetigkeit unterbrochen, die so angeordnet ist, dass sie den Umlauf eines flachen Fliissigkeitswirbels von hoher Geschwindigkeit behindert, dagegen dem normalen Flüssigkeitsumlauf bei niedrigen Schlupfwerten nur einen verhältnismässig geringen Widerstand leistet.
Bei einer Ausführungsform wird die Unstetigkeit durch ein Hindernis von gleichbleibender Grosse gebildet, welches, obwohl es in den Kreislauf bei niedriger Geschwindigkeit hineinragt, so angeordnet ist und solche Ausmasse und eine solche Gestalt aufweist, dass es die Erzielung eines genügend hohen Wirkungsgrades nicht behindert. Die Unstetigkeit kann also von Hindernissen gebildet werden, welche in den Kreislauf hineinragen und den Durchgangsquersehnitt für die Flüssigkeit teilweise vermengen.
Anderseits kann dieses Hindernis auch so angebracht werden, dass es zur Gänze oder teilweise in einer Erweiterung des Kreislaufs Platz findet, so dass es, wenn die Kupplung mit geringem Schlupf arbeitet und die Umlaufgeschwindigkeit infolgedessen gering ist, sich ausserhalb der Bahn des Umlaufstromes befindet.
Bei einer weiteren Ausfiihrungsform wird die Unsteigkeit durch ein Hindernis gebildet, welches in den Kreislauf hinein-und aus diesem herausbewegt werden kann, wobei dessen Bewegung automatisch durchgeführt wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen Schlupf der Kupplung.
Es wurde bereits vorgeschlagen, z. B. im britischen Patent Nr. 314157, in einer hydraulischen Kupplung der Föttingertype, bei welcher die Flüssigkeitswege sowohl der treibenden als der getriebenen Teile einen hydraulischen Arbeitskreislauf bilden, der eine Begrenzung in der Form glatter Stromlinien
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Strömung der Arbeitsflüssigkeit zu beeinflussen. Diese Kupplungen können jedoch nur in ganz oder fast ganz mit Arbeitsflüssigkeit gefülltem Zustand betätigt werden und können deshalb nicht so plötzlichen Drehkraftsteigerungen unterworfen werden, wie dies bei Kupplungen möglich ist, bei welchen der Flüssigkeitsinhalt des Arbeitskreislaufs während der Betätigung der Kupplung verändert werden kann.
Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise an Hand verschiedener Formen von Flüssig-
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Querschnitt durch eine andere Ausführungsform.
Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen ist der Treiber 3 auf der Treibwelle 1 befestigt, der Läufer 4 auf der getriebenen Welle 2. Ein Gehäuse 5, das den Mantel des Läufers 4 umgibt, ist am L umfang des Treibers 3 befestigt und bildet mit diesem eine Arbeitskammer für die Kupplungsflüssigkeit. Der Treiber ist abwechselnd mit langen und kurzen Schaufeln 7 bzw. 6 versehen, die mit dem Mantel ein Stuck bilden und einen Leitkern 10 tragen. In ähnlicher Weise besitzt der Läufer -1 abwechselnd lange
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Einlässen 12 fuir die Flüssigkeit durchsetzt, während Auslässe 13 dem Entleeren der Arbeitskammer dienen. Ein Ventil 14 innerhalb einer Rohrleitung, welche die Arbeitsflüssigkeit unter Druck zuführt, regelt die Menge des Zuflusses nach der Arbeitskammer.
Bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 umgibt eine Muffe 15 die getriebene Welle 2 ; die Muffe weist einen Einlass 16 und einen Auslass 17 für die Arbeitsflüssigkeit auf und ist durch nicht dargestellte
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Deckel 21 gebildet wird. Das Aussenende des Fangrohres 20 ist gebogen, um sich gegen die normale Bewegungsrichtung der benachbarten Kupplungsteile zu wenden. Die Auslässe 13 sind von egem Querschnitt und schliessen die Arbeitskammer an die Fangrohrkammer 27 an.
Eine sternförmige Scheibe 22 mit radialen Vorsprüngen 23 ist durch Schrauben 24 an der Nabe
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Schaufeln 9 ein.
Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise : Zugeführt wird der Kupplung die Flüssigkeit durch das Ventil 14, den Einlass 26 und die Kanäle 16 und 12 ; in den Arbeitskreislauf tritt die Flüssigkeit durch den Spielraum zwischen Treiber und Läufer ein. Solange sich überhaupt Flüssigkeit in der Arbeitskammer befindet, wird sie in beschränktem Masse durch die Öffnungen 13 abgeführt, dann von dem Fangrohr 20 aus der Kammer 27 herausgesehöpft und durch den Kanal 17 und den Auslass 23 gedrückt.
Daher lässt
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im Arbeitskreislauf wächst und die Umlaufgeschwindis'keit mit der Abnahme des Schlupfes fällt, so wird die Wirkung der Vorsprunge 2. 3 weniger stark, und sobald die Kupplung mit geringstem Schlupf arbeitet, bieten diese Vorsprünge der Flüssigkeitsströmung nur noch einen unmerkliehen Widerstand.
Die Wirkung der Vorsprünge lässt sich leicht abstufen, indem man sie weiter von der Ebene der hydralischen Verbindung zwischen Treiber und Läufer ab-oder umgekehrt darauf zubiegt. Es lässt sich eine Kupplung dieser Gattung mit einem Höchstwirkungsrad von ungefähr 98'5% bauen, wenn der Sternkörper fehlt ; ist er vorhanden, u. zw. in solcher Grösse, dass gerade die Schwellwirkung genügend klein wird, um vernachlässigt werden zu können, so sinkt der Wirkungsgrad um weniger als 1%.
Nach Fig. 3 und 4 verlässt die Flüssigkeit die Arbeitskammer durch einen Auslass 13a im Deckel 5 (t, ; der Auslass mag in bekannter Weise durch einen Ringschieber 33 gesteuert werden. Das Einführen der
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einen Ringkanal 31 sowie radiale Bohrungen der Welle 2 mit einem axialen Kanal 32 der Welle in Verbindung steht, der seinerseits Über Durchlässe 12a mit der Arbeitskammer der Kupplung Verbindung
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buchtung fortlassen und die Prellplatte dann nur um ein kleines Stiiek in den Kreislauf hinein vorstehen lassen, so dass sie nur eine geringe örtliche Minderung der Querschnittsfläche bewirkt.
Bei den Kupplungen der Fig. 1-6 besitzt die in der glatten Begrenyung des hydraulischen Kreislaufs vorgesehene Unstetigkeit eine feste Grösse. Bei den nunmehr folgenden Ausführungsformen dagegen sind Mittel vorgesehen, vermöge deren eine Unstetigkeit je nach Bedarf in die glatte Umgrenzung ein- geführt werden kann.
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ausgeschnitten, um einen Raum 61 zu bilden, der für die Axialverschiebung des Teils 67 den erforderlichen Spielraum bietet. Mehrere, etwa drei Spindeln 64 mit Gewinde von starker Steigung sind in den
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Spindeln 64 aufgekeilt und passen sich einem Raum zwischen dem Mantel des Läufers de und dem Gehäuse 5b an.
Diese Kupplung irkt folgendermassen :
Arbeitet die Kupplung mit geringem Sehlupf und dreht sich daher der Läufer 4e verhältnismässig rasch, so hält die Fliehkraft, die infolge der Drehung des Läufers entsteht, die Schaufeln 66 in radialer Stellung A, Fig. 8, und daher haben jetzt die Flüssigkeitsdurchgänge durch den Läufer eine glatte Umgrenzung. Vermindert sich nun der Flüssigkeitsinhalt der Arbeitskammer und w ächst der Schlupf, so schlägt die im Gehäuse 5b entlang geführte Flüssigkeit gegen die Schaufeln 66 und dreht sie samt den
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Spindeln 64 in die gestrichelte Stellung B, Fig. 8.
Die Drehung der Spindeln 64 dient dazu, den Teil 67 axial in den Raum 61 des Treibers 3e zu verschieben, so dass jetzt der Mantel 62 in die Durchlässe durch den Läufer hinein vorsteht und so eine Unstetigkeit in dem Umriss des Läufers einführt.
Bei der Anordnung nach Fig. 9 und 10 wird die Unstetigkeit vermöge von Schaufeln 90 eingeführt, deren jede an zwei Stangen 91 sitzt ; die Stangen 91 gleiten in Lagern 92 am Leitkern llb, und die Anordnung ist so getroffen, dass die Schaufeln entweder in den Arbeitskreislauf hineinragen können oder sich derart in einen Raum 96 zurückziehen lassen, der an dem in radialer Richtung äusseren Teil des Läufers 4e ausgebildet ist, dass der Kreislauf frei wird. Die Stangen 91 werden durch Federn 9. 3 gegen die Kupplungsachse hineingedrängt ; die Federn sitzen zwischen dem äusseren Teil des Leitkerns llb einerseits und Ringen 94 anderseits, die durch Stifte 95 an den Stangen 91 festgehalten seren.
Ist bei dieser Anordnung der Schlupf hoch und daher die Geschwindigkeit des Läufers gering, so überwindet die Kraft der Federn 93 die auf der Drehung des Läufers beruhende Fliehkraft, und die Schaufeln 90 werden dazu gebracht, teilweise über die Endöffnungen der Flüssigkeitsdurchgänge im Läufer vorzustehen. Nimmt bei wachsendem Flüssigkeitsinhalt der Arbeitskammer der Schlupf in der Kupplung ab, so überwindet die Fliehkraft ihrerseits die Kraft der Federn, und die Schaufeln f) werden in die Räume 96, also aus der Bahn der zwischen Treiber und Läufer strömenden Flüssigkeit, hinaus-
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Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird die Unterbrechung durch eine Unstetigkeit geschaffen, die, wenigstens teilweise, in einer der gekrümmten Umgrenzungen des hydraulischen Arbeitskreislaufs liegt.
Die Unterbrechung kann jedoch auch, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird, durch eine Unstetigkeit der Schaufelfläche allein geschaffen sein.
Die Erfindung ist offenbar auch anwendbar auf hydraulische Übersetzungsgetriebe, d. h. kinetische Flüssigkeitsgetriebe, bei denen zu dem hydraulischen Kreislauf ein ortsfester Widerstand gehört, so dass auch eine Änderung des Drehmomentes zwischen der treibenden und der getriebenen Welle erzielt wird.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Flüssigkeitskupplung oder-getriebe der kinetischen Gattung mit ringförmigem Flüssigkeitskreislauf innerhalb eines Treibers und eines dazu koaxialen Läufers, bei welcher Treiber und Läufer einen gekrümmten Mantel in Stromlinienform zur Begrenzung des hydraulischen Kreislaufs aufweisen und in welcher die Flüssigkeitsmenge im Arbeitskreislauf während des Betriebes variiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die glatte Begrenzung des Kreislaufs von einer Unstetigkeit (23.. 34, 41. 52, 62 oder 90) von solcher Anordnung unterbrochen ist, dass die Unstetigkeit den Umlauf eines flachen