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Kernringlose Strömungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge Das Stammpatent Nr. 229725 betrifft eine Verbesserung von kernringlosen Strömungskupplungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem sogenannten Stauraum, das sind also solche Kupplungen, bei denen der im Turbinenrad befindliche Teil des Arbeitsraumes einen kleineren Innendurchmesser aufweist als der im Pumpenrad befindliche Arbeitsraum-Teil und wobei ein zumindest zu einem wesentlichen Teil radial innerhalb des Arbeitsraumes angeordneter und von diesem durch eine Trennwand abgegrenzter Aufnahmeraum (der wegen seiner Stauwirkung als Stauraum bezeichnet wird) durch dem Turbinenrad zugewendete Öffnungen mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht.
Diese Kupplungsausfithrung erfüllt die Forderung einerseits nach einer ausreichend grossen Drehmomentverminderung bei grossem Schlupf und anderseits nach ungestörter Strömung und hohem Wirkung :.- grad im Normalbetrieb mit kleinem Schlupf. Beim Übergang von kleinem auf grossen Schlupf zeigte sich jedoch ein Nachteil insofern, als dann die Wirkung des Stauraumes plötzlich und sofort in grossem Ausmasse einsetzt und hiedurch eine unerwünscht grosse Absenkung des Drehmomentes im Bereich mittlerer Schlupfwerte erfolgt.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles werden nach dem Stammpatent zusätzliche Massnahmen im radial inneren Bereich des der Arbeitsflüssigkeit zugänglichen Kupplungsraumes vorgeschlagen, die darin bestehen, dass die Trennwand in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche Ausbildung aufweist oder/und in oder nahe dem Stauraum zusätzliche Einbauten (ein oder mehrere Drosselringe, eine Stauscheibe) vorgesehen sind zu dem Zweck, dass bei einer Verlagerung der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Ringströmung aus dem mittleren Durchmesserbereich des Arbeitsraumes in den Bereich des Stauraumes (d. h. bei zunehmendem Kupplungsschlupf) eine mit dieser Strömungsverlagerung allmählich von Null an zunehmende Drosselung der Ringströmung erfolgt.
Die Erfindung hat nun eine besonders vorteilhafte Ausbildung dieser Strömungskupplungsbauart nach dem Stammpatent zum Gegenstand und zeichnet sich dadurch aus, dass die Trennwand oder/und die zusätzlichen Einbauten in verschiedenen Winkelbereichen eine radial äussere Begrenzung mit verschieden grossen Achsabständen oder/und Ausnehmungen mit je Winkelbereich verschieden grossen Gesamtquerschnitten aufweisen. Auf Grund dieser Gestaltung trifft der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichtete Teil der Ringströmung bei seiner Verlagerung aus dem mittleren Arbeitsraumbereich in den radial inneren Bereich zuerst nur in einigen Winkelbereicher, d. h. in Umfangsrichtung betrachtet nur an einigen Stellen, auf die Trennwand bzw. auf die zusätzlichen Einbauten, u. zw. nur auf deren auf grösstem Durchmesser liegende Teile.
Infolgedessen erfolgt vorerst auch nur in einigen Winkelbereichen (Sektoren) der Kupplung eine merkliche Verminderung und Drosselung der Kreisringströmung, während in den dazwischen liegenden Sektoren die Ringströmung noch ungedrosselt bleibt. Erst bei weiterer Verlagerung der Ringströmung in den achsnahen Bereich kommen auch die übrigen, auf kleineren Durchmessern liegenden Teile der Stauraum-Trennwand oder der zusätzlichen Einbauten zur Wirkung, bis diese schliesslich auf ihrem gesamten Umfangsbereich und in ihrer gesamten radialen Erstreckung strömungsmindernd wirksam sind.
Die unsymmetrische Ausgestaltung der Trennwand und der zusätzlichen Einbauten stellt somit ein sehr zweckmässiges Mittel dafter dar, dass mit dem Übergang von grossem auf kleinen Schlupf die Verminderung und Drosselung der Kreisringströmung nur allmählich und stetig zunimmt und dass ein unerwünschter Drehmomentabfall im Bereich mittlerer Schlupfwerte vermieden wird.
Mitunter ist es zweckmässig, wenn die radial äussere Begrenzung der Trennwand oder/und der zu-
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sätzlichen Einbauten aus mehreren untereinander je gleich ausgebildeten und gleichmässig über den Umfang verteilten Abschnitten besteht. Ausserdem empfiehlt es sich hiebei, je zwei dieser Abschnitte in bezug auf die Kupplungsachse gegenüberliegend anzuordnen und punktsymmetrisch (zentrisch-symmetrisch) auszubilden. Bei diesen Ausführungen ergibt sich dann stets ein Ausgleich der Massen- und Strömungskräfte innerhalb der Kupplung, wobei ausserdem die Herstellung erleichtert wird.
Um die Rotationsunsymmetrie der Drossel- und Stauwirkung voll zur Wirkung gelangen zu lassen, wird ferner vorgeschlagen, radial innerhalb der Trennwand bzw. der zusätzlichen Einbauten achsparallele oder angenähert achsparallele Zwischenwände vorzusehen, die vorzugsweise ausserdem eine radiale Richtung aufweisen. Hiedurch wird ein Ausgleich der Strömung, insbesondere in Umfangsrichtung, der die durch die Unsymmetrie angestrebte Wirkung zum Teil wieder zunichte machen würde, verhindert.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt. Hiebei zeigen : Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Strömungskupplung mit etwa dreieckförmigem Stauraum, Fig. 3-5 Abwandlungen des Stauraumes mit angenähert quadratischer bzw. sternförmiger bzw. spiralförmiger Gestalt, Fig. 6 und 7 den Längsschnitt bzw. Querschnitt eines Ausschnittes aus einer Strömungskupplung mitzwei ineinander angeordnetensternförmigenStauraumen und Fig. 8-12 weitere Stauraumausführungen, wobei an den zwischen Stauraum und Arbeitsraum befindlichen Zwischenwänden rotationsunsymmetrische Löcher, Schlitze oder sonstige Ausnehmungen vorgesehen sind.
Gemäss Fig. 1 und 2 ist mit 91 das Pumpenrad (mit dem Antriebsmotor verbundenes Schaufelrad) und mit 92 das Turbinenrad der Strömungskupplung bezeichnet. Radial innerhalb der Pumpenradbeschaufelung
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Beeinträchtigung durch diesen. Der (strichlierte) Pfeil 97 deutet dagegen die Strömung bei grossem Schlupf an, wobei ein Teil der Arbeitsflüssigkeit innerhalb des Stauraumes 94 angestaut und dort zurückgehalten wird.
Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist die Aussenwand 95 (Trennwand) des Stauraumes in be- zug auf die Kupplungsachse etwa dreieckig gestaltet. Infolgedessen kommen bei einer Verlagerung der Ringströmung aus dem Bereich nach Pfeil 96 (kleiner Schlupf) in den Bereich nach Pfeil 97 (grosser Schlupf) zuerst die radial äusseren Bereiche 98 der Trennwand und des Stauraumes zur Wirkung, so d ss vorerst nur dort und daher in geringem Ausmasse eine Stauwirkul eintritt. Erst mit weiter zunehmender Strömungsverlagerung kommen auch die übrigen, auf kleineren Halbmessern liegenden Bereiche der Trennwand und des Stauraumes zur Wirkung und erzeugen auch erst dann die volle Stauwirkung. Auf diese Weise wird der erwünschte allmähliche Übergang vom Betrieb mit kleinem Kupplungsschlupf auf Betrieb mit grossem Schlupf erzielt.
Durch in den Stauraum 94 eingebaute und radial und achsparallel gerichtete Zwischenwände 99 wird ein Abfliessen in Umfangsrichtung der angestauten Flüssigkeitsmenge vermindert und damit die angestrebte Wirkung verbessert. Die Trennwand 95 ist samt den zugehörigen Zwischenwänden 99 gesondert von den übrigen Kupplungsteilen hergestellt und durch Nieten 101 am Pumpenrad befestigt. Ferner ist der Kupplungsinnenraum im Bereich des Stauraumes so ausgebildet, nämlich durch Aussparung der Laufradbeschaufelungen 93,100 und durch entsprechende Formgebung der Laufradwände, dass sich dort verschieden dimensionierte oder/und verschieden geformte Stauräume bzw. Stauraumtrennwände einbauen lassen.
Es können dann unter Verwendung gleicher übriger Kupplungsteile, also unter Benutzung gleicher Kupplungslaufräder, gleicher Gehäuseteile, Wellen usw. und lediglich durch wahlweisen Einbau verschiedenartiger Stauraumtrennwände und zugehöriger Einbauten Kupplungen mit verschiedener Charakteristik erzielt werden. Es ist dann möglich, die Kupplung mit geringem Bauaufwand an den jeweiligen Verwendungszweck anzupassen, auch wird dadurch die Serienfertigung verbilligt.
Nach Fig. 2 sind ausserdem die Zwischenabstände 102, 103 und 104 zwischen den Pumpenradschaufeln 93 verschieden gross bemessen, was an sich bereits bekannt ist. Eine solche ungleiche Schaufelteilung kann in gleicher Weise am Turbinenrad 92 oder auch an beiden Laufrädern vorgesehen sein. Überdies können beide Schaufelräder 91,92 zwecks weiterer Verminderung der Fertigungskosten mit identischer oder angenähert identischer Beschaufelung 93,100 versehen sein. Darüber hinaus ist es sogar möglich, auch noch die Radschalen 91a, 92a sowie die Befestigungsflansche 91b, 92b der Laufräder vollständig oder zumindest angenähert identisch auszuführen, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist.
Der Unterschied zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad im Hinblick auf den Stauraum wird dann lediglich durch die nachträglich in das Pumpenrad 91 eingebaute (hier eingenietete) Stauraumtrennwand 95 bewirkt.
Weitere Ausführungsvarianten für den Stauraum sind aus den Fig. 3-5 zu ersehen. Nach Fig. 3 ist die
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radial äussere Wandung 111 (Trennwand) des Stauraumes, in Achsrichtung gesehen, etwa quadratisch aus- gebildet, wogegen nach den Fig. 4 und 5 die Trennwand 121 bzw. 131 angenähert sternförmig bzw. etwa nach zwei Spirallinien geformt ist. Mit 112 bzw. 132 sind hiebei radiale und achsparallele Zwischenwän- de und mit 113 bzw. 123 Nieten oder Schrauben zur Befestigung dieser Stauraumwandungen bezeichnet.
! Die übrige Ausbildung dieser Stauräume kann ähnlich der nach Fig. 1 und 2 erfolgen.
Die Fig. 6 und 7 zeigen im Längsschnitt bzw. Querschnitt einen Teil einer Strömungskupplung, bei der im radial inneren Bereich des Pumpenrades 141 zwei konzentrisch ineinander angeordnete und etwa sternförmig ausgebildete Stauräume mit den Aussenwandungen (Trennwänden) 142 bzw. 143 vorgesehen sind. Die auf grösseren Halbmessern liegende Trennwand 142 hat nur eine verhältnismässig geringe axiale ) Erstreckung, so dass die zwischen dieser und der Trennwand 143 befindlichen äusseren Stauraumabteilungen
144 infolge ihres kleinen Volumens auch eine nur geringe Stauwirkung erzeugen, wie dies im mittleren
Schlupfbereich der Kupplung erwünscht ist.
Die auf kleinen Halbmessern liegende Trennwand 143 hat da- gegen eine wesentlich grössere Erstreckung und schliesst die Stauraumabteilung 145 mit einem verhältnis- mässig grossen Volumen ein, so dass sich bei grossem Schlupf und dann voller Wirkung der Stauräume 144 i und 145 eine entsprechend grosse Stauwirkung ergibt. Die Trennwände 142 und 143 sind untereinander bei- spielsweise durch Punktschweissung und am Pumpenrad mittels Schrauben 146 befestigt.
Fig. 8 zeigt eine Ausbildung, bei der die Stauraum-Trennwand 151 rund und konzentrisch zur Kupp- lungsachse ausgebildet ist. Die Rotationsunsymmetrie wird hier durch verschieden gross bemessene Löcher und Schlitze 152,153, 154 und 155 bewirkt, die auf gleichem Durchmesser an der Trennwand vorgesehen sind und die somit ein mehr oder weniger schnelles Entweichen der im Stauraum angestauten Flüssigkeit ermöglichen. Ferner sind hier innerhalb des Stauraumes radiale Zwischenwände 156 sowie zylindrische, zur Kupplungsachse konzentrische Zwischenwände 157 vorgesehen, um einen Ausgleich der rotationsun- symmetrischen Stauwirkung nach Möglichkeit zu verhindern.
Die Fig. 9-12 zeigen schliesslich Ausführungsvarianten, bei denen der eigentliche Stauraum 160 so- wie seine radial äussere Wand 161 (Trennwand) rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Die Rotationsun- symmetrie wird in diesen Fällen durch an der Stauraumeinlassöffnung angeordnete rotationsunsymmetrisch ausgebildete Blendenteile bewirkt. Nach Fig. 9 und 10 sind diese Blendenteile als am Turbinenrad 163 befestigter Ring 162a mit etwa auf gleichem D. rchmesser liegenden, aber je verschieden grossen Löchern
164-167 ausgebildet. Gemäss Fig. 11 kann der blendenartige Ring 162b statt der Löcher eine sägezahnar- tige Ausbildung mit je verschieden breiten zahnartigen Stegen 169-171 aufweisen. Nach Fig. 12 besteht der blendenartige Ring schliesslich aus mehreren Segmenten 180, deren Aussenkontur 181 eine spiralförmi- ge Gestalt besitzt.
Auch hiedurch lässt sich die erwünschte Unsymmetrie hinsichtlich der Stauwirkung er- reichen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kernringlose Strömungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der der im Turbinenrad be- findliche Teil des Arbeitsraumes einen kleineren Innendurchmesser aufweist als der im Pumpenrad befind- liche Arbeitsraum-Teil, wobei ein zumindest zu einem wesentlichen Teil radial innerhalb des Arbeits- raumes angeordneter und von diesem durch eine Trennwand abgegrenzter Aufnahmeraum (Stauraum) durch dem Turbinenrad zugewendete Öffnungen mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht und wobei die Trenn- wand in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche Ausbildung aufweist oder/und in oder nahe dem Stauraum zusätzliche Einbauten (ein oder mehrere Drosselringe, eine Stauscheibe) vorgesehen sind zu dem Zweck,
dass bei einer Verlagerung der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Ringströmung aus dem mittleren Durchmesserbereich des Arbeitsraumes in den Bereich des Stauraumes (d. h. bei zuneh- mendem Kupplungsschlupf) eine mit dieser Strömungsverlagerung allmählich von Null an zunehmende
Drosselung der Ringströmung erfolgt, nach Patent Nr. 229725, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (95 ; 111 ; 121 ; 131 ; 142 ; 143 ; 151) oder/und die zusätzlichen Einbauten (162a, 162bd 180) in verschiede- nen Winkelbereichen eine radial äussere Begrenzung mit verschieden grossen Achsabständen oder/und Ausnehmungen (Löcher 152-155 ; 164-167) mit je Winkelbereich verschieden grossen Gesamtquerschnitten aufweisen.