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Hydraulische Turbokupplung
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Turbokupplung mit schaufeltragendem Antriebs- und Läuferelement und Einrichtungen zur Veränderung des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes der Kupplung, die von der Drehzahl des An- triebselementes unabhängig arbeiten und durch deren Tätigkeit das bei jeder Drehzahl des An- triebselementes übertragbare Drehmoment verändert werden kann, sowie mit Durchlässen verminderten Querschnittes, durch die bei arbeitender Kupplung Arbeitsflüssigkeit dauernd aus dem Arbeitskreislauf abfliesst.
In solchen Kupplungen verändert sich das Ausmass der Geschwindigkeit mit der die Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf durch die verengten Durchlässe fliesst, bei jeder betrachteten Kupplungddrehzahl in übereinstimmung mit dem auf die Flüssigkeit wirkenden Druck, der, mit Einschränkungen, von der Flüssigkeitsmenge im Arbeitskreislauf abhängt. Ist die Zentrifugalwirkung hoch, wie dies bei vollem Arbeitskreislaut der Fall ist, so ist auch der in der Flüssigkeit wirkende Druck hoch und der Durchfluss durch die genannten Durchlässe erfolgt mit grösserer Geschwindigkeit als bei geringerer Zentrifugalwirkung, die bei leerem oder fast leerem Arbeitkreislauf vorhanden ist.
Demgemäss nimmt die Schnelligkeit des Flassigkeitskreislaufes zwischen dem Arbeitskreislauf und der Vorratskammer zu, wenn der Füllungs-
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nimmt ab, wenn die Füllung abnimmt. Dies ist jedoch das Gegenteil von dem was man zwecks Kühlung der Arbeitsflüssigkeit wünscht, da beim Antrieb einer Last mit konstantem Gegendreh- moment- mehr Hitze erzeugt wird, wenn : der Arbeitskreislauf nur teilweise gefüllt ist, als wenn der Arbeitskreislauf ganz voll ist, was daher rührt, dass bei nur teilweise vollem Arbeitskreislauf der Schlupf viel grösser ist, als bei vollem Kreislauf.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Kupplung der eingangs umschriebenen Bauweise, in der dieser Nachteil vermindert oder beseitigt ist. Erfindungsgemäss ist mindestens ein Ventil vorgesehen, das auf Änderungen, des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes anspricht, um den wirkenden Durchflussquerschnitt der genannten, verminderten Querschnitt besitzenden Durchlässe mit fallender Füllung des Arbeitskreislaufes zu vergrössern und umgekehrt.
Es ist zweckmässig, wenn das Ventil unter der Wirkung des im Arbeitskreislauf herrschenden Flüssigkeitsdruckes arbeitet, older dass das Ventil unter der Wirkung des Flüssigkeitsdruckes arbeitet, der in einer rotierenden Vorratskammer der Kupplung, zu der die Arbeitsflüssigkeit durch die Durchlässe verminderten Querschnittes strömt, herrscht. Nach einer weiteren erfindungsgemässen Ausgestaltung ist das Ventil bei einem maximalen Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes geschlossen, wobei die Kupplung zusätzlich, Idauernd für den Flüssigkeitsstrom vom Arbeitskreislauf offene Du, rch1ässe von verringertem Durchflussquerschnitt besitzt.
Drehzahlaibhängig betätigte Ventile sind im Bau von Turbokupplungen an sich etwas Bekanntes. So ist es bekannt, Ventile mit fallender Drehzahl des Antriebselementes öffnen zu lassen, um den Arbeitskreislauf zu entleeren. Im vorliegenden Fall sind hingegen die Ventile vom Füllunggrad der Kupplung gesteuert und nicht von der Drehzahl des Antriebselementes und es entleeren die Ventile, wenn sie offen sind, nicht den Arbeitskreislaüf ; im Gegenteil, sie verändern die Geschwindigkeit, mit welcher der beschränkte Abfluss von der Arbeitskammer erfolgen kann.
Sie regeln, anders ausgedrückt, die Geschwindigkeit, mit welcher die Flüssigkeit durch den Arbeitskreislauf strömen kann und sie regeln nicht den Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes.
Bekannt sind Ventile, welche in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Antriebselementes arbeiten ; sie öffnen, wenn die Geschwindigkeit fällt, um eine Entleerung des Arbeitskreislaufes zu bewirken.
Ferner'sind schon Ventile vorgeschlagen, welche öffnen, wenn die Drehzahl des Antriebselementes zunimmt und schliessen, wenn diese Drehzahl wieder fällt. Ihre Wirkungsweise ist demnach jener der erfindungsgemäss wirkenden Ventile entgegensetzt ; ausserdem sind diese früher vorgeschlagenen Ventile nicht von Änderungen
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Ein Beispiel für die erfindungsgemässe Ausführungsart wird an Hand der Zeichnungen beschrieben, in denen Fig. 1 eine erfindungsgemässe Turbokupplung im Längsschnitt und Fig. 2 in vergrössertem Massstab einen Querschnitt durch ein Ventil dieser Kupplung darstellt.
Die gezeigte hydraulische Turbokupplung besitzt ein schaufeltragendes Antriebselement 1, das mit einem Innengehäuse verbunden ist, das aus Endteilen 2 und 3 und einem zylindrischen Teil 4 besteht, wobei die Wand 3 mittels eines Ringes 5 und Schrauben 6 mit dem Umfang einer Triebplatte 7 verbunden ist,'deren Innenumfang an einem Flansch der Eingangswelle 8 befestigt ist. Ein schaufeltragendes Läuferelement 9 ist mit einem Flansch der in Ansätzen der Wände 2 und 3 des Innengehäuses gelagerten Ausgangswelle 10 verschraubt.
Ein Vorratsbehälter 11 ist mit sei. nem Rand derart an dem Ring 5 befestigt, dass er mit der Triebplatte 7 und mit dem Antriebselement 1 rotieren kann, wobei eine öl-Labyrinthdichtung 12 zwischen'dem Innenumfang des Vor- rats gehäuses 11 und einem ortsfesten Schöpfrohrauslass 13, der von einem Bock 14 getragen wird, vorgesehen ist. Innerhalb des Vorratsbehälters 11 ist ein Schöpfrohr 15 in einer Führung 16 längsverschiebbar und mittels eines Hebels 17 verstellbar, der von einem Bolzen 18 getragen wird, welcher durch den Auslass 13 hindurchragt und mit dem Schöpfrohr 15 auf gebräuchliche Weise in Wirkungsvenbindung steht, z. B. mittels eines Hebels 19 und 20.
Das Innengehäuse ist mit, angenommen, drei gleichmässig über den Umfang verteilten verengten Durchlässen 21 versehen, durch die bei arbeitender Kupplung Arbeitsflüssigkeit aus dem im Innengehäuse ausgebildeten Arbeitskreislauf in die Vorratskammer 11 fliesst, wo sie längs deren zylindrischer Aussenwandung einen Flüssigkeitsring bildet. Das Schöpfrohr 15 nimmt aus diesem Ring Flüssigkeit auf und fördert sie über eine Leitung (nicht gezeichnet) die an den Auslass 13 anschliesst in einen Kühler (nicht gezeichnet), von wo sie über eine weitere Leitung 22 in das Innere eines Gehäuses 24 und von dort über Durchbrechungen 25 In'den Arbeitskreislauf gelangt.
Die soweit beschriebene Turbokupplung ist bekannter Bauweise. Während ihrer normalen Arbeit strömt dauernd Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf durch die einen verengten Querschnitt besitzenden Durchlässe 21 und ein kontinuierlicher Rückfluss zum Arbeitskreislauf erfolgt durch die Durchlässe 25. Eine vermittels des Hebels 17 vorgenommene Verstellung des Schöpfrohres 15 ändert den Abstand des Schöpfrohrendes von der Peripherie des Vorratsgehäuses 11 und dadurch wird auch die Dicke des Flüssigkeitsringes im Vorratsgehäuse geändert, wodurch der Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes eine Ver- änderung erfährt.
Die Zentrifugalpressung der Flüssigkeit, die sich im Gehäuse 2,3, 4 befindet, verändert sich mit dem Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes. Dieser Druck ist am grössten, wenn die Füllung des Arbeitskreislaufes ein Maximum ist und er nimmt mit abnehmendem Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes ab, so dass dementsprechend die Geschwindigkeit mit der die Flüssigkeit durch die verengten Durchlässe 21 strömt, als dann ebenfalls abnimmt.
Um nun diesen grundsätzlichen Übelstand der Turbokupplungen, die solche verengte Durchlässe aufweisen, zu beseitigen, und in übereinstimmung mit einem Merkmal der Erfindung, ist das Innen-
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hen, die der Zentrifugalpressung jener Flüssigkeit ausgesetzt sind, die sich in der umlaufenden Vorratskammer befindet, so dass sich der Durchflussquerschnitt des Ventiles oder der Ventile in dem Masse vergrössert, als der Füllungsgrad der Arbeitskammer eine Verminderung erfährt.
Eines dieser Ventile ist bei 30 im unteren Teil der Fig. 1 und in vergrösserter Schnittdarstellung in Fig. 2 gezeigt, u. zw. im Arbeitszustande bei normaler Drehzahl, gefüllter Arbeitskammer und fast leerer Vorratskammer. Das Ventil 30 besitzt ein Gehäuse 31, das in einen Ring 31a eingeschraubt ist, der seinerseits in ein im Vorrats- gehäuse 11 ausgebildetes kreisförmiges Loch eingeschweisst sei. Zwischen das innere, offene Ende des Gehäuses 31 und einen damit verschraubten Ventilkörper 32, ist ein flacher Ring 33 geklemmt, mit dem das eine Ende eines Balges oder Wellrohre 34 flüssigkeitsdicht, z.
B. durch Hartlötung, verbunden ist ; das andere Ende des Bal-
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des Gehäuses 31 und einem auf einer Kappe 35 ausgebildeten Flansch 37 ist eine Druckfeder 36 angeordnet, auf welche Weise die Kraft der Feder 36, die'das Wellrohr 34 zusammenzupressen trachtet, übertragen wird. Das äussere Ende einer Stange 38 eines Ventilkolbens 39 ist abgeflacht, um eine Fläche auszubilden, welche die auf dem Ventil 38, 39 lastende Zentrifugalkraft auf das geschlossene Ende des Balges 34, die Kappe 35, und von dort auf die Feder 36 überträgt. Der Ventilkolben 39 gleitet in einer zylindrischen Ausnehmung 39a, die im Ventilkörper 32 vorgesehen ist.
Ein Kanal 40 stellt die Verbindung zwischen dem Inneren des Innengehäuses der Kupplung und einem Raum 41 her, welcher, soferne sich der Kolben 39 weiter radial nach innen verschoben hat als in Fig. 2 gezeigt ist, mit dem Inneren des rotierenden Vorratsbehälters 11 der Kupplung über eine in der Wand 43 des Ventilkörpers 32 vorgesehenen öffnung 42 und eine Leitung 45 verbunden ist. Der Raum der sich zwischen der Wan) d 43 und dem Ring 33 befindet, steht dauernd mit dem Inneren des Balges 34 in Verbindung, der bei arbeitender Kupplung mit Flüssigkeit gefüllt ist. Der Raum 46 zwischen der Kappe 35 und dem Gehäuse 31 steht über Leitungen 47 und 48 dauernd mit dem äusseren,
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in Verbindung.feder. belastende Kugel 39b welche gegen den Ventilkolben drückt.
Es versteht sich, dass die Erfindung was ihre
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verschiedenste Abänderungen und Ausgestaltungen erlaubt. Denkbar wäre eine Ventilbetätigung durch Veränderung der relativen Dimensionen von Teilen der Kupplung. Eine solche Veränderung relativer Abmessungen könnte als Folge einer Druckänderung eintreten, die eine Folge der veränderten Füllung der Arbeitskammer oder, falls vorhanden, der umlaufenden Vorratskammer ist. Die Änderung der Relativabmessungen kann auch alternativ oder zusätzlich als Ergebnis einer Änderung der Temperatur der genannten Teile eintreten, so dass der Durchflussquerschnitt in Abhängigkeit von einem Temperaturanstieg vergrössert wird und umgekehrt.
Ferner könnten die erfindungsgemässen Ventile so beschaffen sein, dass sie bis zu einem gewissen Masse stets olden sind, um'den benötigten beschränkten Durchfluss von aus dem Arbeitskreislauf stammender Arbeitsflüssigkeit zu ermöglichen. Es ist jedoch auch möglich Ventile zu verwenden, die bei weitgehender Füllung des Arbeitskreislaufes geschlossen sind und die sich progressiv in dem Masse öffnen, als der Füllungsgrad abnimmt, wobei die durch diese Ventile beherrschten Durchlässe zusätzlich zu dauernd offenen Durchlässen von beschränktem Durchflussvermögen vorgesehen sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Turbokupplung mit schaufeltragendem Antriebs- und Läuferelement und Einrichtungen zur Veränderung des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes der Kupplung, die von der Drehzahl des Antriebselementes unabhängig arbeiten und durch deren Tätigkeit das bei jeder Drehzahl des Antriebselementes übertragbare 1 Drehmoment verändert werden kann, sowie mit Durchlässen verminderten Querschnittes, durch die bei arbeitender Kupplung Arbeitsflüssigkeit dauernd aus dem Arbeitskreislauf abfliesst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Ven-1 til (30) vorgesehen ist, das auf Änderungen des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes anspricht, um den wirkenden Durchflussquerschnitt der genannten,
verminderten Querschnitt besitzenden Durchlässe (42) mit fallender Füllung des Arbeitskreislaufes zu vergrössern und umgekehrt.