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Hydraulische Turbokupplung
Die vorliegende Erfindung betrifft hydraulische Turbokupplungen jener Art, wie sie den Gegenstand des Patentes Nr. 204337 bilden und welche durch die vorliegende Erfindung verbessert werden.
Das Stammpatent betrifft eine 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 Drehmoment verändert werden kann, sowie mit Durchlässen verminderten Querschnittes, durch die bei arbeitender Kupplung Arbeitsflüssigkeit dauernd aus dem Arbeitskreislauf abfliesst. Gemäss diesem älteren Vorschlag 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.
Die praktische Durchführung dieser Erfindung ist so getroffen, dass das Ventil, welches auf Änderungen des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes anspricht, von einem Balg oder Wellrohr betätigt wird, welcher bzw. welches dem Druck der Arbeitsflüssigkeit. die in einem mit dem Treiber der Kupplung rotierenden Vorratsraum herrscht, ausgesetzt ist. Dieser Druck trachtet, das Wellrohr entgegen dem Druck einer Feder zusammenzudrücken und betätigt auf diese Weise das Ventil im Sinne einer Vergrösserung des Durchflussquerschnittes, wodurch das Ausmass des beschränkten Rückflusses an Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf in die Vorratskammer mit fallender Füllung vergrössert wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausgestaltung des allgemeinen Erfindungsgedankens des Stammpatentes. Sie besteht darin, dass das Ventil einen ersten Schwimmerkörper aufweist, der mit dem Ventil gekuppelt'ist und relativ zur Kupplungsachse beweglich ist, um das Ventil in Übereinstimmung mit den Änderungen der radialen Tiefe des sich in der rotierenden Vorratskammer der Kupplung bildenden Flüssigkeitsringes zu verstellen und wobei ein zweiter Schwimmerkörper vorgesehen ist, der ebenfalls mit dem Ventil gekuppelt ist und in einer Schwimmerkammer beweglich ist, in der die Flüssigkeitstiefe bei arbeitender Kupplung im wesentlichen unverändert gehalten wird.
In den Zeichnungen zeigt Fig. l eine hydraulische Turbokupplung geschnitten im Aufriss, Fig. 2 einen Schnitt durch ein in der Kupplung befindliches Ventil ineinem Massstab, der grösser ist als jener der Fig. l, und Fig. 3 die Schnittansicht einer andern Ventilausführung im Massstab der Fig. 2.
Gemäss den Fig. l und 2 besitzt die hydraulische Turbokupplung einen schaufeltragenden Treiber 1, der mit einem Innengehäuse verschraubt ist, welches Endteile 2 und 3 und einen zylindrischen Teil 4 umfasst und wobei die Endwand 3 über einen Ring 5 und Schrauben 6 mit dem äusseren Umfang einer Antriebsplatte 7 verbunden ist, deren Innenrand mit einem Flansch der Eingangswelle 8 verschraubt ist. Ein schaufeltragender Läufer 9 ist mit dem Flansch einer Ausgangswelle 10 verschraubt, welche innerhalb der Naben der Wandteile 2 und 3 des Innengehäuses gelagert ist.
Ein Vorratsgehäuse 11 ist mit seiner einen Kante mit dem Ring 5 verbunden, so dass es mit der Antriebsplatte 7 und dem Läufer 1 drehbar ist, wobei ein Öllabyrinth 12 zwischen dem Innenrand des Vorratsgehäuses 11 und einem ortsfesten Schöpfrohrtragteil13, der von einem Fussteil 14 getragen wird, vorgesehen ist. Das Schöpfrohr 15 ist in seiner Längsrichtung in einer Führung 16 des Tragteiles 13 verschiebbar gelagert und mittels eines Hebels 17 verstellbar, der von
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einem durch das Tragglied 13 reichenden Bolzen 18 getragen wird, der mit dem Schöpfrohr 15 auf herkömmliche Weise verbunden ist, etwa mittels der Hebel 19 und 20.
Das Innengehäuse 2, 3, 4 ist mit beispielsweise drei verengten Durchlässen 21 versehen, von denen einer aus Fig. l ersichtlich ist und die gleichmässig über den Umfang des Innengehäuses verteilt sind, so dass bei arbeitender Kupplung Arbeitsflüssigkeit aus dem innerhalb des Innengehäuses befindlichen Arbeitskreislauf durch die Auslässe 21 beschränkt in den Vorratsbehälter 11 fliesst, wo sie an der zylindrischen Aussenwand des Vorratsgehäuses einen rotierenden Flüssigkeitsring bildet.
Das Schöpfrohr 15 schält aus diesem Ring Flüssigkeit ab und überträgt sie über eine nicht dargestellte, in dem Tragteil 13 vorgesehene Leitung zu einem ebenfalls nicht gezeichneten Kühler, von wo sie über eine weitere Leitung 22 in das Innere eines Gehäuses 24 und von dort durch Durchtrittsöffnungen 25 in den Arbeitslreislauf der Kupplung gerät.
Die soweit beschriebene Kupplung ist bekannter Art. Während ihrer normalen Tätigkeit fliesst dauernd Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf über die verengten Durchlässe 21 und es besteht ein kontinuierlicher Rückfluss zum Arbeitskreislauf durch die Durchtrittsöffnungen 25. Eine Verstellung des Schöpfrohres 15, etwa noch 15a, mittels des Hebels 17 führt zu einer Veränderung des Abstandes der Schöpfrohrlippe vom Umfang des Vorratsgehäuses 11 und verändert so die Dicke des Ölringes im Vorratsgehäuse, wodurch der Füllungsgrad des Arbfdtskreislaufes verändert wird.
Die zentrifugale Pressung der im Innengehäuse 2, 3, 4 eingeschlossenen Flüssigkeit ändert sich mit dem Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes. Diese Pressung ist am grössten, wenn der Füllungsgrad des Arbeitskreislaufes ein Maximum ist, und fällt mit abnehmendem Füllungsgrad, so dass dann auch das durch die Durchlässe 21 erfolgende Abströmen entsprechend vermindert wird.
Um nun diesen grundsätzlichen Übelstand von Turbokupplungen, welche derartige verengte Durchlässe besitzen, zu beheben, weist gemäss der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Kupplung an Stelle der oder zusätzlich zu den Durchlässen ein oder mehrere Ventile auf, von denen eines im Oberteil der Fig. l bei 30 und in einem vergrösserten Querschnitt in Fig. 2 dargestellt ist, wobei letztere das Ventil im Arbeitszustand bei normaler Drehzahl der Kupplung, gefüllter Arbeitskammer und nahezu entleerter Vorratskammer 11 darstellt.
Gemäss Fig. 2 umfasst das Ventil 30 ein zylindrisches Ventilgehäuse 31, das in die Wandung des Vorratsbehälters 11 so eingeschraubt ist, dass seine Achse radial hinsichtlich der Kupplungsachse verläuft. Das radial innere Ende des Ventilgehäuses 31 trägt eine becherförmige Kolbenführung 32, die mit dem Ventilgehäuse 31 gleichachsig verläuft und deren radial gesehen inneres Ende offen ist und in eine Öffnung des zylindrischen Innengehäuses 4 passt.
Ein becherförmiger, in Richtung zur Kupplungsachse offener Kolben 33 ist axial in der Kolbenführung 32 beweglich und trägt eine Kolbenstange 34, die sich durch die Endwand der Kolbenführung 32 erstreckt und deren radial gesehen äusseres Ende mit einer Scheibe 35 verbunden ist, die in kreisförmiger Anordnung Flüssigkeits-Durchtrittslöcher 36 aufweist und an ihrem Umfang einen Schwimmer trägt, der die Form einer ringförmigen, geschlossenen Kammer 37 besitzt und im Ventilgehäuse 31 radial hinsichtlich der Kupplungsachse beweglich ist ; sie bildet den oben erwähnten ersten Schwimmerkörper.
Eine zylindrische Wand 38 ist mit einem Ende an dem radial aussenliegenden Wandteil des Ventilgehäuses 31 befestigt und bildet die oben genannte flüssigkeitsenthaltende Kammer 47 ; diese Wand ragt zwischen den ersten Schwimmerkörper 37 und einen zweiten Schwimmerl (örper 39 von zylindrischer Form, der ebenfalls von der Scheibe 35 getragen wird und mit dem Ventilgehäuse 31 und der zylindrischen Wand 38 gleichachsig verläuft. Das radial innere Ende der Kammer 47 ist offen.
Die zylindrische Wand der Kolbenführung 32 ist mit Auslässen 40 A, 40 B und 40 C versehen, die in verschiedenen Abständen von der Kupplungsachse angeordnet sind. Wenn sich der Kolben 33 wie gezeigt in seiner radial äussersten Lage befindet, bedeckt er sämtliche dieser Durchlässe, doch wenn wenigstens einer dieser Durchlässe unbedeckt ist, so steht das Innere der Kolbenführung 32 mit dem Inneren des Ventilgehäuses 31, welches grosse Durchtrittsöffnungen 41, 42, 43 und 44 in verschiedenen Abständen von der Kupplungsachse aufweist und durch welche das Innere des Ventilgehäuses 31 voll und dauernd an den Vorratsraum angeschlossen ist, in Verbindung.
Der Boden des Kolbens 33 weist Durchlässe 45 auf und ein kleiner Durchlass 46, der in der Stirnwand der Kolbenführung 32 vorgesehen ist, bildet einen Leckdurchlass, der in gleicher Weise wie der Durchlass 21 einen beschränkten Durchfluss von Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf der Kupplung zum Vorratsraum 11 ermöglicht.
Wenn die Kupplung arbeitet und das Schöpfrohr 15 ganz in die Vorratskammer eintaucht, wie dies aus Fig. 1 bei 15a ersichtlich ist, und der Arbeitskreislauf demgemäss gefüllt ist, befinden sich der erste und der zweite Schwimmerkörper 37 bzw. 39, die eine Einheit bilden, in der aus Fig. 2 ersichtlichen radial äussersten Lage und auch der Kolben 33 nimmt diese äusserste Radiallage ein, in welcher er die Aus-
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lasse 40 A, 40 B und 40 C bedeckt. Aus dem Arbeitskreislauf strömt Flüssigkeit dauernd und beschränkt durch die Kolbenführung 32 und die den Auslass 46 einschliessenden Wege und von dort durch die Durchtrittsöffnung 41 des Ventilgehäuses 31 in die Vorratskammer 11.
Anfänglich fliesst etwas Flüssigkeit, die aus dem Durchlass 46 austritt, durch die Durchtrittslöcher 36 der Scheibe 35 in die zylindrische Schwimmerkammer 47, die innerhalb der zylindrischen Wand 38 gebildet ist und füllt diese Kammer vollständig an, d. h. bis zum Rand des offenen Endes der zylindrischen Wand 38. Die ringförmige Schwimmer kam" mer 48, die zwischen der zylindrischen Wand 38 und dem Ventilgehäuse ; 31 vorhanden ist, wird teilweise gefüllt, nämlich bis zur gleichen Tiefe, wie sie der Flüssigkeitsring in der Vorratskammer aufweist, u. zw. zufolge der grossen Durchtrittsöffnungen 41, 42, 43 und 44, die im Ventilgehäuse 31 vorgesehen sind.
Wenn das Schöpfrohr 15 zurückgezogen ist und z. B. die in Fig. 1 in vollen Linien gezeichnete Stellung einnimmt, um auf diese Weise eine Vergrösserung der Ringtiefe des im Vorratsraum 11 vorhandenen Flüssigkeitsringes zu ermöglichen, was mit einer Verringerung des Füllungsgrades des Arbeitskreislaufes verbunden ist, so vergrössert sich die Tiefe der Flüssigkeit, die in der ringförmigen Schwimmer kammer 48 eingeschlossen ist, und der erste Schwimmerkörper 37, der in dieser Flüssigkeit schwimmt, bewegt sich radial nach einwärts gegen die Kupplungsachse, u. zw. zusammen mit dem Schwimmer körper 39, mit dem er verbunden ist, mit der Folge, dass sich der Kolben 33 radial nach einwärts bewegt.
Eine ausreichende Einwärtsbewegung des Kolbens 33 verursacht eine vorerst teilweise Freigabe des Durchlasses 40 A, so dass nun Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf in die Vorratskammer 11 nicht nur über die vorhin erwähnten Durchlässe, sondern auch über den teilweise freigegebenen Auslass 40 A erfolgen kann, so dass die Strömung aus dem Arbeitskreislauf vergrössert wird, obgleich sie noch immer gehemmt ist, wie dies erforderlich ist, um den Flüssigkeitsumlauf durch den Kühler und den Arbeitskreislauf zu vergrössern.
Da sich der zylindrische zweite Schwimmerkörper 39 mit dem ringförmigen ersten Schwimmerkörper radial nach einwärts bewegt, kann es geschehen, dass sich die Flüssigkeitstiefe in der zylindrischen Schwimmerkammer 47 zunächst vermindert, doch wird sie durch den aus dem Ventilgehäuse 31 durch die Durchlassöffnungen 36 erfolgenden Zufluss in die zylindrische Schwimmerkammer 47 unverzüglich auf die ursprüngliche volle Höhe gebracht.
Eine weiter fortgesetzte Rückzugsbewegung des Schöpfrohres 15 veranlasst den Kolben 33, einen weiteren Bereich des teilweise freigelegten Auslasses 40 A, sodann diesen gänzlich freizulegen, worauf nach und nach die Auslässe 40 B und 40 C freigelegt werden, wodurch sich der für den beschränkten Rücklauf der Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf zum Vorratsraum zur Verfügung stehende Querschnitt dauernd vergrössert.
Nach Einsenken des Schöpfrohres 15, nämlich Bewegung seiner Schöpfkantenöffnung in Richtung zur Peripherie des Vorratsgefässes 11, bewegt sich der ringförmige erste Schwimmerkörper 37 radial nach aussen, u. zw. als Folge der verringerten Tiefe der Flüssigkeit in der Schwimmerkammer 48 ; der zylindrische zweite Schwimmer 39 bewegt sich mit ihm, wobei Flüssigkeit aus seiner vollen Schwimmerkammer 47 ausgestossen wird, welche Flüssigkeit über die Kante des offenen Endes der zylindrischen Wand 38, über die ringförmige Schwimmerkammer 48 und die grossen Durchtrittsöffnungen 41 - 44 des Ventilgehäuses 31 in den Vorratsraum 11 fliesst.
Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 33 radial nach auswärts und schliesst dabei nach und nach die Auslässe 40 C, 40 B und 40 A, wodurch auch die dem beschränkten Rückfluss an Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf zur Verfügung stehende Querschnittsfläche und dadurch die Durchflussgeschwindigkeit durch den Kühler verkleinert wird.
Gemäss Fig. 3 sind der Kolben 33 und die Auslässe 40 A, 40 B und 40 C der Fig. 2 durch ein Ventil ersetzt, das einen konischen Ventilkörper 49 aufweist, der sich durch eine Öffnung 50 in einem Ringkörper 51 erstreckt, der das radial innenliegende Ende des Ventilgehäuses 31 vorstellt. Die Öffnung 50 kann so beschaffen sein, dass sie teilweise offen ist, wenn sich der erste und der zweite Schwimmerkörper 37 bzw. 39 in der radial äussersten Lage befinden, wie dies dargestellt ist, so dass jederzeit bei arbeitender Kupplung durch die Öffnung 50 ein beschränkter Flüssigkeitsstrom vom Arbeitskreislauf in das Innere des zylindrischen Ventilgehäuses 31 besteht.
Es kann die Anordnung aber auch so getroffen werden, dass bei in ihrer radial äussersten Lage befindlichen Schwimmerkörpern die Öffnung 50 geschlossen ist, in welchem Falle wenigstens eine gesonderte, dauernd offen bleibende Überströmöffnung 21 (Fig. l) vorgesehen werden müsste.
In der erfindungsgemässen Anordnung erfordern die Ventile keine Federn, die auf die in Aussicht genommene Läuferdrehzahl eingestellt werden müssen. Ausserdem besteht eine ziemlich lineare Beziehung zwischen der Einstellung des Schöpfrohres und der Geschwindigkeit des beschränkten Rückflusses von Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf über einen weiten Bereich von Schöpfrohreinstellungen, u. zw. so, dass die Durchflussmenge durch den Arbeitskreislauf und den Kühler grösser wird, wenn das Schöpfrohr zurückge-
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zogen wird, d. h. wenn seine Schöpflippe von der Peripherie der Vorratskammer radial nach einwärts verschoben wird.