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Strömungskupplung mit regelbarem Füllungsgrad
Bei einer der bekannten Bauarten von regelbaren Strömungskupplungen ist die Arbeitskammer, inder sich das Pumpen- und Turbinenrad befinden bzw. die durch das Pumpen-und das Turbinenrad gebildet wird, durch grosse Öffnungen mit einer zweiten umlaufenden Kammer verbunden, in welcher ein mit seiner
Eintrittsöffnung radial verschiebbares Schöpfrohr angeordnet ist. Das Schöpfrohrdienthiebeisozusagenals Überlaufrohr und bestimmt durch die radiale Stellung seiner Schöpföffnung geometrisch genau die inder
Kupplung befindliche Flüssigkeitsmenge. Wenn das Schöpfrohr dabei ganz nach innen gezogen ist, hat die
Kupplung die grösste Füllung.
Der Durchfluss durch die Kupplung wird bei dieser Ausführung in der Regel durch eine dauernd laufende Pumpe bewirkt und ist im wesentlichen auch in seiner Menge ausschliesslich von der Grösse dieser Pumpe abhängig. Diese Bauart kann daher besonders für hohe Belastungen, also für Kupplungen mit spezifisch hoher Umfangsgeschwindigkeit benutzt werden. In einem solchen Falle ist eine grotte, in äusseren Umlauf versetzte Ölmenge zur Abführung der Schlupfwärme notwendig.
Im Gegensatz zu dieser Kupplungsbauart mit dem Verstellschöpfrohr in einer mit der Arbeitskammer im wesentlichen in ungedrosselter Verbindung stehenden Kammer ist bei andern Ausführungen von Verstellschöpfrohrkupplungen Jie Schöpfrohrkammer nur über relativ kleine Bohrungen an den Arbeitsraum der Kupplung angeschlossen, weil bei diesen älteren Kupplungsausführungen der Mindestschlupf, also der bei voller Füllung im Dauerbetrieb sich einstellende Drehzahlunterschied zwischen Primär- und Sekundär- rad nur durch eine Begrenzung der aus dem Arbeitsraum ständig nach aussen abfliessenden Ölmenge so klein gehalten werden kann, als dies mit Rücksicht auf die dem Schlupf entsprechenden Verluste und die daraus sich ergebende Erwärmung der Arbeitsflüssigkeit erwünscht ist.
Die aus dem Arbeitsraum nach aussen abfliessende und vom Schöpfrohr je nach dessen Stellung erfasste Flüssigkeitsmenge wird also hiebei durch die lichte Weite der genannten Öffnungen begrenzt, in gleicher Weise wie dies etwa auch bei Strömungskupplungen der Fall ist, die durch Regelung der Füllpumpendrehzahl oder durch Ventile in der Fülleitung in ihrem Füllungsgrad gesteuert werden.
Bei Strömungskupplungen der zuerst beschriebenen Art fördert beispielsweise eine Füllpumpe die Betriebsflüssigkeit, meist Öl, aus dem Sumpf in die Arbeitskammer der Kupplung. Aus dieser gelangt das Öl in die Schöpfrohrkammer, wo es über das Überlaufschöpfrohr je nach dessen Stellung bis zu einem geometrisch genau einstellbaren Mass abgeschöpft und etwa nach Durchfliessen eines Ölkühlers dem Ölsumpf wieder zugeführt wird.
Die bei dieser Kupplungsbauart in einem aus dem Arbeitsraum herausgeführten Kreislauf umwälzbaren Ölmengen sind im wesentlichen ausschliesslich von der Leistung der Füllpumpe abhängig, so dass man bei sehr hoch belasteten Kupplungen pro Minute beispielsweise bis zu einem Vielfachen der jeweiligen Füllung des Arbeitsraumes durch diesen hindurchpumpen und entsprechend hohe Wärmemengen aus der Kupplung abführen kann. Wegen dieses Herausführens grosser Ölmengen aus der Kupplung ergeben sich bei dieser Bauart gewisse Schwierigkeiten durch Schaumbildung im Sumpf etwa in der Weise, dass gelegentlich die Füllpumpe versagt, so dass Schwankungen in der Leistungsübertragung der Kupplung eintreten.
Ausser- dem wird hiebei mit der Förderleistung der Füllpumpe auch dieOlumlaufmenge vorübergehend verkleinert und damit die Wärmeabfuhr aus der Kupplung beeinträchtigt. Ein weiterer bekannter Nachteil der Schaumbildung ist die Verminderung der Lebensdauer des Öles.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser und nachstehend noch näher beschriebener Mängel.
Sie geht aus von einer Strömungskupplung mit einem von einem Pumpenrad und einem Turbinenrad umschlossenen Arbeitsraum und einer mit diesem Arbeitsraum in kommunizierender und wenigstens angenähert ungedrosselter Verbindung stehenden und etwa den gleichen Durchmesser aufweisenden, mit dem Pumpenrad oder Turbinenrad umlaufenden Flüssigkeitskammer, sowie einer mit dem Staudruck des im Arbeitsraum bzw. in der Flüssigkeitskammer rotierenden Flüssigkeitsringes arbeitenden, auf einen beliebigen Wert innerhalb des Durchmesserbereiches der Arbeitskammer einstellbaren Abschöpf- bzw. Überlaufeinrichtung, insbesondere mit einem schwenkbaren oder radial verschiebbaren Schöpfrohr, und ferner mit einer weiteren Einrichtung zum Füllen der Strömungskupplung (z.
B. einer aus einem Sumpf saugen- den Füllpumpe mit Druckleitung), und besteht im wesentlichen darin, dass sowohl die Abschöpfeinrichtung als auch die Fülleinrichtung an eine gemeinsame und in den Arbeitsraum der Strömungskupplung münden- de Fülleitung angeschlossen sind.
Unter Beibehaltung der vorzüglichen Eigenschaften des genannten Typs von regelbaren Strömungskupplungen, nämlich höchste Belastbarkeit durch die Möglichkeit, praktisch unbegrenzt hohe Wärmemengen abzuführen, ferner exakte Regelungsgenauigkeit durch die Tatsache, dass der Füllungsgrad geometrisch genau der jeweiligen Stellung des Verstellungsschöpfrohres entspricht und schliesslich kleinstmöglicher Durchmesser der rotierenden Kupplungsteile, da keine den Kupplungsdurchmesservergrössernde, mitumlaufende Ölkammer vorhanden ist, ist es durch eine Ausbildung gemäss der Erfindung möglich, die hohen in äusseren Umlauf gesetzten Flüssigkeitsmengen stets schaumfrei dem Arbeitsraum der Kupplung in geschlossenem Kreislauf wieder zuzuführen.
Bei solchen Kupplungen mit regelbarem Füllungsgrad, bei denen das Schöpfrohr in einen mit dem Pumpen- oder Turbinenrad umlaufenden, den Arbeitsraum der Kupplung überragenden und einschliessenden Behälter eingreift, in den die Kupplung durch Drosselbohrungen während des Betriebes ständig etwas Öl abführt, und auch bei Kupplungen mit feststehendem Schöpfrohr, deren Füllungsgrad durch eine Motorsteuerpumpe geregelt wird, ist es an sich bekannt, das vom Schöpfrohr erfasste Öl in geschlossener Leitung wieder dem Arbeitsraum der Kupplung zuzuführen.
In beiden Fällen handelt es sich aber umKupplun- gen, deren Füllungsgrad bei konstanter geringer Entnahme von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum durch geregeltes vorübergehendes stärkeres Zuführen von Betriebsflüssigkeit geregelt wird, bei denen also während des normalen stationären Betriebszustandes überhaupt nur sehr geringe Ölmengen in äusserem Umlauf sind, u. zw. ausschliesslich durch das Schöpfrohr in Umlauf gehalten werden.
Auch bei einer Abart der obengenannten regelbaren Strömungskupplung, bei der zur geometrisch genauen Einstellung des Füllungsgrades der Kupplung zwar das Prinzip der Anordnung eines Schöpfrohres in einer mit dem Arbeitsraum in ungedrosselter Verbindung stehenden, axial neben dem Arbeitsraum liegenden Schöpfrohrkammer beibehalten, aber für weniger anspruchsvolle Benutzungsfälle auf den Durchsatz von Betriebsflüssigkeit, d. h. auf den äusseren Flüssigkeitsumlauf während des normalen stationären Betriebes verzichtet wurde, ist es an sich bekannt, das Schöpfrohr mit seinem äusseren Ende unmittelbar an die Fülleitung anzuschliessen, die hiefür unter einem konstanten, dem Schöpfrohrdruck etwa entsprechenden Druck stehen muss.
Bei dieser Bauart wird aber nur während des Regelvorganges, also nach einem Ein- wärts- oder Auswärtsschwenken eines Schöpfrohres Flüssigkeit aus der Kupplung entfernt bzw. in diese eingeführt, während im stationären Betrieb überhaupt kein Flüssigkeitsaustausch stattfindet. Diese Bauart eignet sich demnach nur für schwach belastete Kupplungen, bei denen im stationären Betrieb die Wärmeabfuhr über die Wandungen der Kupplungen ausreichend ist und bei denen das gemäss der Erfindung zu lösende Problem überhaupt nicht auftritt.
Im Gegensatz hiezu handelt es sich bei dem Vorschlag gemäss der Erfindung um eine Ausführung- form, bei der dem Arbeitsraum der Kupplung eine grosse, u. zw. ständig gleich grosse Flüssigkeitsmenge zugeführt und durch das Schöpfrohr ständig, also auch während des stationären Betriebes, eine grosse Flüssigkeitsmenge entnommen wird, und bei der die Regelung durch vorübergehendes geregeltes noch stärke - res Entnehmen bzw. etwas schwächeres Entnehmen von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum bewirkt wird.
Im Segensatz zu allen bekannten Kupplungsausführungen geht es hier also darum, bei einer Kupplung mit grossem äusseren Ölumlauf trotz dieses grossen Umlaufes einen schaumfreien, d. h. störungsfreien Betrieb zu erhalten. um so unerwünschte Schwankungen in der Kraftübertragung und insbesondere auch unerwünschte Schwankungen in der Wärmeabfuhr und damit eine Überhitzung der Kupplung bzw. des Kupp- lungsöles zu vermeiden.
Bei einer Ausführung gemäss der Erfindung wird im stationären Betrieb, d. h. also, solange gerade {eine Regelung auf grösserem oder kleinerem Füllungsgrad stattfindet, der äussere Ölumlauf nicht mehr wie os bei dieser Kupplungsbauart ohne das Kennzeichen der Erfindung der Fall ist, durch die Fülleinrich- : ung, also etwa durch die konstantlaufende Füllpumpe aufrechterhalten, sondern durch die Wirkung des
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Schöpfrohres unter Ausnutzung des Staudruckes des gegen die Schöpfrohrmündung (Schöpföffnung) fliessenden Öles. Es wird hiebei somit in an sich bekannter Weise die Geschwindigkeitshöhe der strömenden Flüs- sigkeit zur Aufrechterhaltung des Ölkreislaufes benutzt, die sonst verloren wäre.
Da bei den bekannten Ausführungen jedoch der äussere Ölumlauf nur den geringen Mengen entspricht, die dort durch die Drosselbohrungen ständig aus dem Arbeitsraum abspritzen, bei einer Ausführung nach der Erfindung jedoch dem grossen Fördervermögen der Füllpumpe bzw. des Schöpfrohres selbst, werden bei einet Ausführung gemäss der Erfindung entsprechend grössere Energiemengen gespart.
Ausserdem wird hiebei der Ölsumpf während des stationären Betriebes vom Ölumlauf vollständig ent- lastet und auch eine grössere Lebensdauer des Öles erreicht. Durch die Entlastung des Ölsumpfes vom Öl- umlauf erwärmt sich das den Ölsumpf bildende Gehäuse in geringem Masse, so dass infolge der geringe- ren Wärmedehnung des Gehäusematerials auch eine geringere Höhenänderung des Behälters und damit eine bessere Fluchtung des Kupplungsaggregates mit der durch dieses zu verbindenden Maschinen gewahrt bleibt.
Dazu kommt, dass für die Zwecke der Lagerschmierung genügend kühles Öl durch eine besondere Schmierpumpe dem Ölsumpf entnommen werden kann und sich somit ein besonderer Ölkühler für das Schmieröl, das auf einer wesentlich niedrigeren Temperatur als das Kupplungsarbeitsöl gehalten werden muss, erübrigt.
Die Fülleinrichtung dient nach der Erfindung dazu, stets einen bestimmten Überlagerungsdruck aufrecht zu erhalten, bei Verstellbewegungen des Schöpfrohres auf grössere Füllungsgrade die Kupplung entsprechend der neuen geometrischen Lage der Schöpfrohröffnung aufzufüllen und etwaige Leckverluste zu ersetzen. Bei einer Verringerung der Füllung oder einer vollständigen Entleerung der Kupplung durch eine entsprechend grosse Auswärtsbewegung des Schöpfrohres wird die überschüssige molmenge unter Überwindung des hohen Druckes der Fülleinrichtung durch diesen hindurch in den Sumpf abgeführt.
Umgekehrt ergibt sich bei einer Füllungsvergrösserung der Vorteil, dass bei dem hiefür vorgenommenen Verschieben der Schöpfrohrüberlauföffnung auf einen kleineren Halbmesser das Nachfüllen auch durch Ölrückleitung über das Schöpfrohr erfolgt und damit der Fülivorgang beschleunigt wird. Das Schöpfrohr und die an das Schöpfrohr angeschlossene Schöpfrohrleitung wird somit hiebei vorübergehend in umgekehrter Richtung durchflossen, die Füllung also durch die Fülleitung und durch die Entleerungsleitung hindurch vorgenommen.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die an die Abschöpfvorrichtung angeschlossene Lei tung mit einer für einen Teilstrom bemessenen, in den die Fülleinrichtung speisenden Vorratsbehälter mündenden Abzweigleitung versehen. Es wird also nicht die ganze vom Schöpfrohr erfasste Ölmenge in die Fülleitung eingeführt, sondern nur ein Teil hievon, wogegen der restliche Teil direkt wie bisher in den Ölsumpf geleitet wird, um so die Kühlwirkung des im übrigen totgelegten Ölsumpfes auszunützen.
Zweckmässig ist die Fülleinrichtung in an sich bekannter Weise als Kreiselpumpe ausgebildet und vor dem Eintritt der Fülleitung in den Arbeitsraum der Kupplung ein vorzugsweise willkürlich oder automatisch einstellbares Drosselventil angeordnet. In besonderen Anwendungsfällen kann es vorteilhaft sein, die Füllpumpe als zweistufige Kreiselpumpe auszubilden und die Schöpfrohrleitung zwischen den beiden Stufen anzuschliessen.
Statt als Kreiselpumpe kann die Fülleinrichtung in an sich bekannter Weise auch als Verdrängerpumpe ausgebildet sein, deren Druckleitung oder eine hieran angeschlossene Leitung ein einstellbares Über- strömvent1l aufweist. Schliesslich ist es möglich, an Stelle einer Pumpe einen Hochbehälter als Füllvorrichtung zu verwenden, wenn man etwa eine kleine Hilfspumpe vorsieht, die das Leckbl aus dem Sumpf in den Hochbehälter zurückfördert.
Wie bereits erwähnt, wird bei der gemäss der Erfindung vorgeschlagenen Anordnung bei einer erforderlichen Füllungsvergrösserung der Füllvorgang dadurch beschleunigt, dass die Zuführung des Öles nicht nur auf der Eintrittsseite, also durch die Fülleinrichtung, sondern auch noch durch das Schöpfrohr selbst erfolgt, indem dieses umgekehrt durchströmt wird.
Um auch den Entleervorgang zu beschleunigen, wird nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung in dem mit der Schöpfeinrichtung unmittelbar in Verbindung stehenden Leitungssystem ein Auslasssteuer- organ angeordnet, das unter dem Einfluss des in diesem Leitungssystem herrschenden Flüssigkeitsdruckes selbsttätig verstellbar ist und das beimüberschreiten eines bestimmten, vorzugsweise einstellbaren Wertes dieses Flüssigkeitsdruckes eine Öffnung für den Austritt aus diesem Leitungsteil in den die Fülleinrichtung speisenden Vorratsbehälter freigibt.
Eine weitere Beschleunigung des Entleervorganges wird erzielt, indem auch das an früherer Stelle genannte, in der Fülleitung angeordnete Drosselventil unter dem Einfluss des Flüssigkeitsdruckes in dem an
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die Schöpfeinrichtung unmittelbar anschliessenden Leitungssystem selbsttätig verstellbar ausgebildet wird, u. zw. so, dass es beim Überschreiten eines bestimmten Wertes dieses Flüssigkeitsdruckes die Fülleitung verschliesst. Hiebei ist es im Hinblick auf Raum- und Kostenersparnis ausserdem zweckmässig, das genannte Auslasssteuerorgan und das Drosselventil baulich zu vereinigen und vorzugsweise mit einem einzigen verschiebbaren Ventilkolben zu versehen.
Durch die vorerwähnte Ventilanordnung und-ausbildung wird erreicht, dass durch die beim einset- zenden Entleervorgang entstehende vorübergehende Drucksteigerung das in die Fülleitung eingebaute Dros - selventil zunächst geschlossen und damit die weitere Zufuhr zur Kupplung abgesperrt und gleichzeitig über das Auslasssteuerorgan ein unmittelbarer Ablauf in den Vorratsbehälter (Ölbehälter) während dieses Regelvorganges freigegeben wird. Sobald der Schöpfrohrdruck bei Beendigung des Regelvorganges wieder seinen normalen Wert erreicht, stellt sich das Drosselventil wieder in seine Normalstellung ein und der unmittelbare Ablauf in den Vorratsbehälter wird wieder geschlossen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine Ausführungsform mit verschwenkbarem Schöpfer und einer aus einem Sumpf ansaugenden Füllpumpe sowie einem mit dem Verstellschöpfrohr gekuppelten Drosselventil in der zur Kupplung führenden Füll leitung, Fig. 2 eine Ausführung, bei der das Drosselventil mit einem Auslässsteuerorgan baulich vereinigt ist und bei der stets ein Teilstrom des vom Schöpfrohr erfassten Öles in den Sumpf gelangt und Fig. 3 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Zahnradpumpe als Füllpumpe.
Ein nicht dargestellter Motor treibt über die Motorwelle 1 und das Zahnradpaar 2,3 mit hoher Dreh zahl das Pumpenrad 4 der Strömungskupplung an. Das Turbinenrad 5 wird von der Abtriebswelle 6 getragen. Es wird von einer mit dem Pumpenrad. verbundenen Schale 7 eingeschlossen, die so ausgebildet ist, dass zwischen der Rückwand des Turbinenrades und der Schale eine mit dem von den Schaufelrädern eingeschlossenen Arbeitsraum der Kupplung in im wesentlichen ungedrosselte-Verbindung stehende Kammer 8 für das Schöpfrohr 9 verbleibt. Dieses ist in einem mit dem Gehäuse 10 der Kupplung starr verbundenen Träger 11 um die Achse 12 verschwenkbar gelagert.
Es ist mit seinem inneren Ende an eine in diesem Träger 11 gebildete Kammer 13. angeschlossen, die ihrerseits über die Leitung 14 mit dem Kühler 15 in Verbindung steht, derart, dass das vom Schöpfrohr erfasste Öl durch diesen Kühler geleitet wird. Aus dem Kühler führt die Ölleitung 16 zu einem Drosselventilgehäuse 17, das im übrigen mit einer Leitung 18 an die feststehende Füllkammer 19 der Strömungskupplung angeschlossen ist. Ausserdem führt in dieses Ventilgehäuse die Druckleitung 20 der Kreiselpumpe 21, die aus dem Behälter 22 saugt. Der im Ventilgehäuse gleitend gelagerte und mit entsprechenden Steuerkanten und Öffnungen versehene Ventilkolben ist mit 23 bezeichnet und wird mit einem auf der Verstellachse 12 des Schöpfrohres gekuppelten Kurvenkörper 24 gesteuert.
Das Drosselventil ist in der Stellung gezeigt, die es einnimmt, wenn das Schöpfrohr in der Stellung für volle Füllung, also mit seiner Schöpföffnung in der innersten Radiallage, steht. In dieser Stellung lässt das Drosselventil das durch die Schöpfrohrleitung 14,16 fliessende öl weitgehend ungedrosselt zurück in die Fülleitung 18 und die Füllkammer 19 gelangen. Ausserdem ist hiebei auch die Füllpumpendruckleitung 20 mit der Fülleitung in Verbindung.
Wenn das Schöpfrohr beispielsweise aus seiner Stellung "Kupplung leer" in die Stellung "Kupplung voll" verschwenkt, also in seine innerste Radialstellung zurückgezogen wird, dann fällt der Druck auf die Schöpföffnung des Schöpfrohres weitgehend ab und das von der Füllpumpe 21 geförderte Öl kann über die Pumpendruckleitung 20 und das Ventil 17,23 einerseits durch die Fülleitung 18 und anderseits durch die über den Kühler 15 führende Schöpfrohrleitung rückwärts hindurch durch das Schöpfrohr 9 in die Kammer 8 und aus dieser in den Arbeitsraum gelangen.
Sobald sich die Kupplung bis auf den durch die Schöpfrohrstellung festgelegten Betrag anfüllt, baut sich in der Schöpfrohrleitung wieder der Gegendruck auf, so dass der Pumpendruck überwunden wird und die Schöpfrohrleitung wieder in der andern Richtung durchströmt, also der äussere ölumlauf im wesentlichen wieder durch die Schöpfrohrleitung vollzogen wird. Die Pumpe 21 hat dann jeweils nur noch die Leckverluste zu ersetzen und den Überlagerungsdruck aufrechtzuerhalten.
Durch die an sich bekannte Kupplung des Drosselventils 17,23 über den Kurvenkörper 24 mit der Schöpfrohrverstellachse 12 ist dafür Sorge getragen, dass der äussere Ölumlauf umso grösser ist, je grösser der Wärmeanfall in der Kupplung ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist abweichend von Fig. 1 ausser dem Drosselventil noch ein Auslasssteuerorgan vorgesehen. Beide sind baulich vereinigt, d. h. mit einem gemeinsamen Gehäuse 17a und einem gemeinsamen Ventilkolben 33 versehen, u. zw. so, dass ein Teilstrom des vom Schöpfrohr erfassten und über den Kühler durch die Leitung 16 dem Ventilgehäuse 17a zugeleiteten Öls
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stets durch die Bohrungen 25 in eine in den Behälter 22 führende Leitung 26 gelangen kann. Ausserdem ist hiebei nicht eine in einer Richtung formschlüssige Verbindung zwischen dem Ventilkolben und dem mit der Schöpfrohrverstellachse 12 gekuppelten Kurvenkörper 24 vorgesehen, sondern eine durch Zwischenschaltung einer Feder 27 erzielte kraftschlüssige, u. zw. federnd nachgiebige Verbindung hergestellt.
Hie-
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16 den Ventilkolben 33 gegen die Kraft der Feder 27 vorübergehend nach oben drückt und dadurch die Verbindung zwischen der Fülleitung 18 an der Steuerkante 28 vorübergehend unterbricht, so dass für eine schnelle teilweise oder vollständige Entleerung das vom Schöpfrohr erfasste Öl nicht unmittelbar zurück in die Kupplung gelangen kann, sondern durch die Pumpendruckleitung 20 gegen den Pumpendruck in den Behälter 22 gelangt.
Bei der in Fig. 3 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Kreiselpumpe des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 durch eine Zahnradpumpe 31 ersetzt. Ausserdem ist der Kühler 15 hiebei in der Richtung des normalen äusseren Ölumlaufes hinter der Anschlussstelle der Schöpfrohrleitung 14a, 16a in der Pumpendruckleitung 20a angeordnet. Das Schöpfrohr ist hier einschliesslich der Kupplung nicht dargestellt. An die Schöpfrohrleitung 14a ist ein einstellbares Überstromventil 29 angeschlossen. In die Fülleitung 18a ist wiederum ein willkürlich einstellbares oder auch selbsttätig gesteuertes Drosselventil 17b eingebaut.
Zur selbsttätigen Steuerung dieses Ventils kann etwa auch ein Thermostat verwendet werden, der den Ölumlauf in Abhängigkeit von der Öltemperatur oder von dem Wärmeanfall an irgendeiner geeigneten andern Stelle beispielsweise so steuert, dass die Öltemperatur in gewissen Grenzen bleibt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Strömungskupplung mit einem von einem Pumpenrad und einem Turbinenrad umschlossenen Ar-
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Turbinenrad umlaufenden Flüssigkeitskammer, sowie einer mit dem Staudruck des im Arbeitsraum bzw. in der Flüssigkeitskammer rotierenden Flüssigkeitsringes arbeitenden, auf einen beliebigen Wert innerhalb des Durchmesserbereiches der Arbeitskammer einstellbaren Abschöpf-bzw. Überlaufeinrichtung, insbesondere mit einem schwenkbaren oder radial verschiebbaren Schöpfrohr, und ferner mit einer weiteren Einrichtung zum Füllen der Strömungskupplung (z.
B. einer aus einem Sumpf saugenden Füllpumpe mit Druckleitung), dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Abschöpfeinrichtung (9,12) als auch die Fülleinrichtung (21) an eine gemeinsame und in den Arbeitsraum der Strömungskupplung mündende Füllei- tung (18,19) angeschlossen sind.
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Fluid coupling with adjustable filling level
In one of the known types of controllable flow couplings, the working chamber in which the pump and turbine wheel are located or which is formed by the pump and turbine wheel is connected through large openings to a second circumferential chamber in which one with its
Inlet opening is arranged radially displaceable scoop tube. The scoop pipe serves as an overflow pipe and, through the radial position of its scoop opening, geometrically precisely determines the inside
Amount of fluid in the clutch. If the scoop tube is pulled all the way in, the
Coupling the largest filling.
In this embodiment, the flow through the coupling is usually caused by a continuously running pump and its quantity is essentially dependent solely on the size of this pump. This design can therefore be used particularly for high loads, i.e. for clutches with a specifically high peripheral speed. In such a case, a grotto, set in external circulation, is necessary to dissipate the slip heat.
In contrast to this type of coupling with the adjustable scoop tube in a chamber that is essentially in unthrottled connection with the working chamber, in other versions of adjustable scoop tube couplings the scoop tube chamber is only connected to the working space of the coupling via relatively small bores, because in these older clutch designs the minimum slip, i.e. the When fully filled in continuous operation, the difference in speed between the primary and secondary wheel can only be kept as small by limiting the amount of oil that is constantly flowing out of the working chamber, as is the case with regard to the losses corresponding to the slip and the resulting heating the working fluid is desired.
The amount of liquid flowing out of the working space and detected by the scoop tube depending on its position is limited by the clear width of the openings mentioned, in the same way as is also the case, for example, with flow couplings, which are controlled by regulating the filling pump speed or by valves in the filling line can be controlled in its degree of filling.
In the case of fluid couplings of the type described first, a filling pump, for example, conveys the operating fluid, usually oil, from the sump into the working chamber of the coupling. From this the oil reaches the scoop tube chamber, where it is skimmed off via the overflow scoop tube, depending on its position, up to a geometrically precisely adjustable amount, and returned to the oil sump after flowing through an oil cooler.
With this type of coupling, the oil quantities that can be circulated in a circuit led out of the working space are essentially exclusively dependent on the performance of the filling pump, so that with very heavily loaded couplings per minute, for example, up to a multiple of the respective filling of the working space can be pumped through this and correspondingly high Can dissipate amounts of heat from the clutch. Because of this removal of large quantities of oil from the clutch, certain difficulties arise with this type of construction due to foam formation in the sump, for example in such a way that the filling pump occasionally fails, so that fluctuations in the power transmission of the clutch occur.
In addition, with the delivery rate of the filling pump, the amount of oil circulating is temporarily reduced and thus the heat dissipation from the coupling is impaired. Another known disadvantage of foam formation is the reduction in the service life of the oil.
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The invention aims to avoid these deficiencies and those deficiencies which are described in more detail below.
It is based on a fluid coupling with a working space enclosed by a pump wheel and a turbine wheel and a fluid chamber that is in communication with this working space and at least approximately unthrottled and has approximately the same diameter and revolves with the pump wheel or turbine wheel, as well as a fluid chamber with the dynamic pressure of the A skimming or overflow device that works in the work space or in the liquid chamber and is adjustable to any value within the diameter range of the work chamber, in particular with a pivotable or radially displaceable scoop tube, and also with a further device for filling the flow coupling (e.g.
B. a filling pump sucking from a sump with pressure line), and consists essentially in that both the skimming device and the filling device are connected to a common filling line opening into the working space of the fluid coupling.
While maintaining the excellent properties of the mentioned type of controllable flow couplings, namely the highest load capacity due to the possibility of dissipating practically unlimited amounts of heat, furthermore exact control accuracy due to the fact that the filling level corresponds geometrically exactly to the respective position of the adjustment scoop pipe and finally the smallest possible diameter of the rotating coupling parts Since there is no circulating oil chamber that enlarges the coupling diameter, a design according to the invention makes it possible to always return the large amounts of liquid set in external circulation to the working chamber of the coupling in a closed circuit without foam.
In such couplings with a controllable degree of filling, in which the scoop pipe engages in a container that rotates with the pump or turbine wheel, protrudes and encloses the working space of the coupling, into which the coupling constantly discharges some oil through throttle bores during operation, and also with couplings With a fixed scoop tube, the filling level of which is regulated by a motor control pump, it is known per se to feed the oil captured by the scoop tube back into the working space of the clutch in a closed line.
In both cases, however, it is a matter of clutches, the degree of filling of which is regulated with a constant low level of fluid being withdrawn from the working space by a regulated, temporary greater supply of operating fluid, i.e. in which only very small amounts of oil are in external circulation during the normal steady-state operating state, u. betw. are kept in circulation exclusively by the scoop tube.
Even with a variant of the above-mentioned controllable fluid coupling, in which the principle of arranging a scoop tube in a scoop tube chamber axially adjacent to the work area in an unthrottled connection with the work area is retained for the geometrically precise setting of the degree of filling of the clutch, but for less demanding cases of use the throughput of operating fluid, d. H. If the external liquid circulation was dispensed with during normal stationary operation, it is known per se to connect the scoop pipe with its outer end directly to the filling line, which must be under a constant pressure approximately corresponding to the scoop pipe pressure.
With this type of construction, however, liquid is removed from the coupling or introduced into it only during the control process, ie after a scoop tube has been pivoted inwards or outwards, while no fluid exchange takes place at all in stationary operation. This type of construction is therefore only suitable for lightly loaded clutches in which the heat dissipation via the walls of the clutches is sufficient in stationary operation and in which the problem to be solved according to the invention does not occur at all.
In contrast to this, the proposal according to the invention is an embodiment in which the working space of the clutch has a large, u. Between constantly the same amount of liquid is supplied and a large amount of liquid is constantly withdrawn through the scoop tube, i.e. also during stationary operation, and in which the control causes even greater withdrawal or somewhat weaker withdrawal of liquid from the working area through temporarily regulated becomes.
In contrast to all known clutch designs, the aim here is to have a foam-free, i.e., foam-free, in a clutch with a large external oil circulation despite this large circulation. H. to maintain trouble-free operation. in order to avoid undesirable fluctuations in the power transmission and, in particular, undesirable fluctuations in heat dissipation and thus overheating of the clutch or the clutch oil.
In an embodiment according to the invention, in stationary operation, i. H. So, as long as a control is taking place on a larger or smaller filling level, the external oil circulation is no longer maintained by the filling device, for example through the constantly running filling pump, as is the case with this type of coupling without the characteristic of the invention, but by the effect of the
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Scoop tube using the back pressure of the oil flowing against the scoop mouth (scoop opening). The speed of the flowing liquid, which would otherwise be lost, is therefore used in a manner known per se to maintain the oil circuit.
Since in the known designs, however, the external oil circulation only corresponds to the small amounts that are constantly spraying out of the working space through the throttle bores, but in an embodiment according to the invention the large pumping capacity of the filling pump or the scoop tube itself, in one embodiment according to the Invention correspondingly saved larger amounts of energy.
In addition, the oil sump is completely relieved of the oil circulation during stationary operation and a longer service life of the oil is achieved. By relieving the oil sump from the oil circulation, the housing forming the oil sump heats up to a small extent, so that due to the lower thermal expansion of the housing material, there is also a smaller change in height of the container and thus better alignment of the coupling unit with the machines to be connected by it is preserved.
In addition, for the purposes of bearing lubrication, enough cool oil can be taken from the oil sump by a special lubrication pump, thus eliminating the need for a special oil cooler for the lubricating oil, which has to be kept at a significantly lower temperature than the clutch working oil.
According to the invention, the filling device is used to always maintain a certain superimposed pressure, to fill the coupling according to the new geometrical position of the scoop opening and to replace any leakage losses when the scoop tube is adjusted to a greater degree of filling. When the filling is reduced or the coupling is completely emptied by a correspondingly large outward movement of the scoop tube, the excess molar amount is discharged through the filling device into the sump while overcoming the high pressure of the filling device.
Conversely, increasing the filling has the advantage that when the scoop overflow opening is shifted to a smaller radius, refilling is also carried out by returning oil via the scooping pipe, thus accelerating the filling process. The scoop pipe and the scoop pipe connected to the scoop pipe are thus temporarily traversed in the opposite direction, ie the filling is carried out through the filling pipe and through the emptying pipe.
According to a further proposal of the invention, the device connected to the skimming device is provided with a branch line which is dimensioned for a partial flow and opens into the storage container feeding the filling device. So it is not the entire amount of oil captured by the scoop tube is introduced into the filling line, but only a part of it, whereas the remaining part is fed directly into the oil sump as before, in order to use the cooling effect of the otherwise dead oil sump.
The filling device is expediently designed as a centrifugal pump in a manner known per se, and a preferably arbitrarily or automatically adjustable throttle valve is arranged in front of the inlet of the filling line into the working space of the coupling. In special applications it can be advantageous to design the filling pump as a two-stage centrifugal pump and to connect the scoop pipeline between the two stages.
Instead of a centrifugal pump, the filling device can also be designed in a manner known per se as a displacement pump, the pressure line of which or a line connected to it having an adjustable overflow valve. Finally, instead of a pump, it is possible to use an elevated tank as a filling device if, for example, a small auxiliary pump is provided that conveys the leakage oil back from the sump into the elevated tank.
As already mentioned, in the case of the arrangement proposed according to the invention, the filling process is accelerated when the filling process is required, in that the oil is not only supplied on the inlet side, i.e. through the filling device, but also through the scoop tube itself, in that it flows through it in reverse becomes.
In order to also accelerate the emptying process, according to a further suggestion of the invention, an outlet control element is arranged in the line system directly connected to the scooping device, which is automatically adjustable under the influence of the liquid pressure prevailing in this line system and which, if a certain, preferably adjustable value of this liquid pressure releases an opening for the exit from this line part into the storage container feeding the filling device.
A further acceleration of the emptying process is achieved in that the throttle valve mentioned earlier and arranged in the filling line is also under the influence of the liquid pressure in the
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the scoop directly adjoining the line system is designed to be automatically adjustable, u. zw. So that it closes the filling line when a certain value of this liquid pressure is exceeded. With a view to saving space and costs, it is also expedient to structurally combine the said outlet control element and the throttle valve and preferably to provide them with a single displaceable valve piston.
The aforementioned valve arrangement and design ensures that the throttle valve built into the filling line is initially closed due to the temporary increase in pressure that occurs during the emptying process, thus blocking the further supply to the coupling and, at the same time, direct drainage into the storage container via the outlet control element (Oil tank) is released during this control process. As soon as the scoop tube pressure reaches its normal value again at the end of the control process, the throttle valve returns to its normal position and the immediate drainage into the storage container is closed again.
The invention is shown in the drawing in several exemplary embodiments. 1 shows an embodiment with a pivotable scoop and a filling pump sucking in from a sump and a throttle valve coupled to the adjustable scoop tube in the filling line leading to the coupling, FIG. 2 shows an embodiment in which the throttle valve is structurally combined with an outlet control element and at which always reaches a partial flow of the oil captured by the scoop tube in the sump and FIG. 3 shows an embodiment of the invention with a gear pump as the filling pump.
A motor, not shown, drives the pump wheel 4 of the fluid coupling via the motor shaft 1 and the pair of gears 2.3 at high speed. The turbine wheel 5 is carried by the output shaft 6. It is from one with the impeller. connected shell 7, which is designed so that between the rear wall of the turbine wheel and the shell there remains a chamber 8 for the scoop tube 9, which is in a substantially unthrottled connection with the working space of the coupling, which is enclosed by the blade wheels. This is mounted pivotably about the axis 12 in a carrier 11 rigidly connected to the housing 10 of the coupling.
It is connected with its inner end to a chamber 13 formed in this carrier 11, which in turn is connected to the cooler 15 via the line 14, in such a way that the oil captured by the scoop tube is passed through this cooler. From the cooler, the oil line 16 leads to a throttle valve housing 17, which is connected by a line 18 to the fixed filling chamber 19 of the flow coupling. In addition, the pressure line 20 of the centrifugal pump 21, which sucks out of the container 22, leads into this valve housing. The valve piston, which is slidably mounted in the valve housing and provided with corresponding control edges and openings, is denoted by 23 and is controlled by a cam body 24 coupled to the adjustment axis 12 of the scoop tube.
The throttle valve is shown in the position it assumes when the scoop tube is in the position for full filling, that is, with its scoop opening in the innermost radial position. In this position, the throttle valve allows the oil flowing through the scoop pipeline 14, 16 to return largely unthrottled to the filling line 18 and the filling chamber 19. In addition, the filling pump pressure line 20 is also connected to the filling line.
If the scoop tube is pivoted, for example, from its "clutch empty" position to the "clutch full" position, ie is retracted into its innermost radial position, then the pressure on the scoop opening of the scoop tube largely falls and the oil delivered by the filling pump 21 can be passed through Pump pressure line 20 and valve 17, 23 on the one hand pass through the filling line 18 and on the other hand through the scoop pipeline leading over the cooler 15 backwards through the scoop pipe 9 into the chamber 8 and from there into the working space.
As soon as the coupling fills up to the amount determined by the scoop pipe position, the counterpressure builds up again in the scoop pipeline, so that the pump pressure is overcome and the scoop pipeline flows through the scoop pipe again in the other direction, i.e. the outer oil circulation essentially again through the scoop pipe is carried out. The pump 21 then only has to replace the leakage losses and to maintain the overlay pressure.
The known coupling of the throttle valve 17, 23 via the cam 24 with the scoop tube adjustment axis 12 ensures that the external oil circulation is greater, the greater the heat accumulation in the coupling.
In the embodiment shown in FIG. 2, in contrast to FIG. 1, an outlet control element is also provided in addition to the throttle valve. Both are structurally united, i. H. provided with a common housing 17a and a common valve piston 33, u. zw. So that a partial flow of the oil captured by the scoop tube and fed via the cooler through the line 16 to the valve housing 17a
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can always pass through the bores 25 into a line 26 leading into the container 22. In addition, a one-way positive connection between the valve piston and the cam 24 coupled to the scoop tube adjustment axis 12 is not provided, but rather a non-positive connection achieved through the interposition of a spring 27, u. between resilient connection established.
Here
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16 temporarily pushes the valve piston 33 upwards against the force of the spring 27 and thereby temporarily interrupts the connection between the filling line 18 at the control edge 28, so that the oil captured by the scoop tube does not immediately return to the coupling for rapid partial or complete emptying can, but passes through the pump pressure line 20 against the pump pressure in the container 22.
In the embodiment of the invention shown schematically in FIG. 3, the centrifugal pump of the embodiment according to FIG. 1 is replaced by a gear pump 31. In addition, the cooler 15 is arranged in the direction of the normal external oil circulation behind the connection point of the scoop pipeline 14a, 16a in the pump pressure line 20a. The scoop tube including the coupling is not shown here. An adjustable overflow valve 29 is connected to the scoop pipe 14a. An arbitrarily adjustable or automatically controlled throttle valve 17b is in turn built into the filling line 18a.
For automatic control of this valve, a thermostat can also be used, for example, which controls the oil circulation depending on the oil temperature or on the amount of heat at any other suitable point, for example so that the oil temperature remains within certain limits.
PATENT CLAIMS:
1. Fluid coupling with an assembly enclosed by a pump wheel and a turbine wheel
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Turbine wheel revolving liquid chamber, as well as a skimming or suction chamber which works with the dynamic pressure of the liquid ring rotating in the working space or in the liquid chamber and can be adjusted to any value within the diameter range of the working chamber. Overflow device, in particular with a pivotable or radially displaceable scoop tube, and furthermore with another device for filling the fluid coupling (e.g.
B. a filling pump sucking out of a sump with pressure line), characterized in that both the skimming device (9, 12) and the filling device (21) are connected to a common filling line (18, 19) opening into the working space of the fluid coupling are.