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Vorrichtung zur hydrodynamischen Kraftübertragung
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und ausserdem während des Betriebes eine willkürlich veränderliche Übertragungsfähigkeit ermöglicht.
Durch die brit. Patentschriften Nr. 26, 536 und nu. 608, 230 sind zwar Strömungskupplungen bekanntgeworden, bei denen durch Drosselung oder Sperrung des Flüssigkeitsumlaufes eine weitgehende Regelfähigkeit gewährleistet ist ; diese Kupplungen konnten sich jedoch bisher nicht in grösserem Umfange durchsetzen, weil selbst bei vollständiger Absperrung des Flüssigkeitsumlaufes noch ein gewisses Schleppmoment bleibt, das der Verwendung einer derartigen Strömungskupplung beispielsweise als Schaltkupplung in einem Kraftfahrzeug hindernd im Wege steht.
Ausgangspunkt der Erfindung ist daher eine z. B. aus den USA-Patentschriften Nr. 1, 428, 586 und Nr. 1, 855,967 bekannte Vorrichtung zur hydrodynamischen Kraftübertragung, mit einem wenigstens teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllten Gehäuse, in welchem ein mit der Antriebswelle verbundenes Pumpenrad und ein mit der Abtriebswelle verbundenes Turbinenrad untergebracht sind, wobei sowohl das Pumpenrad als auch das Turbinenrad eine mit wenigstens einem Kranz von radial beaufschlagten, sich in axialer Richtung erstreckenden Schaufeln besetzte Scheibe aufweist, der Turbinenschaufelkranz koaxial zum Pumpenschaufelkranz angeordnet ist, und die beiden Schaufelkränze um einen der Zuführung der Flüssigkeit dienenden zentralen Hohlraum herum angeordnet sind.
An einer solchen Vorrichtung wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch die Kombination folgender Merkmale gelöst : a) die beiden Scheiben sind relativ zueinander in axialer Richtung aus einer Leerlaufstellung über eine Anlaufstellung und eine Synchronisierstellung in eine Kupplungsstellung im Sinne einer zunehmenden, radialen Überdeckung des Pumpenschaufelkranzes durch den Turbinenschaufelkranz verschiebbar, b) zwischen dem freien Ende des einen Schaufelkranzes und der den andern Schaufelkranz tragenden Scheibe ist eine in axialer Richtung federnd nachgiebige, kraftschlüssige Kupplung vorgesehen, die in der Synchronisierstellung anspricht, c) zwischen dem freien Ende des andern Schaufelkranzes und der den einen Schaufelkranz tragenden Scheibe ist eine formschlüssige Kupplung vorgesehen, die in der Kupplungsstellung eingekuppelt ist.
Durch diese erfindungsgemässe Kombination wird erreicht, dass bei Betätigung der Vorrichtung (durch axiales Verschieben eines der beiden Schaufelräder im Sinne einer zunehmenden radialen Überdeckung des Pumpenschaufelkranzes durch den Turbinenschaufelkranz) zunächst ein ganz sanftes Mitnehmen der Abtriebswelle erfolgt, worauf die Drehzahl der Abtriebswelle zunimmt ; kurz bevor die Kupplungsstellung erreicht ist, spricht die kraftschlüssige Kupplung, die beispielsweise als Reibungskupplung ausgebildet ist, an und wirkt dadurch als Synchronisiereinrichtung für die in der Kupplungsstellung eingerückte form- schlüssige Kupplung, die z. B. als Klauenkupplung ausgebildet ist. In der Kupplungsstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Kraftübertragung starr, also-von der Reibung abgesehen - verlustlos.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an zwei Ausführungsbeispielen schematisch dargestellt, u. zw. zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Fig. 2 einen Teilschnitt nach Linie II-II in Fig. l, Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel und Fig. 4 einen Teilschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3.
Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die sich im Sinne des Pfeiles A drehende Antriebswelle 1 eine Scheibe 2 auf, die mit einem Kranz von radial beaufschlagten, sich in axialer Richtung erstreckenden Schaufeln 3 besetzt ist. Dieser Pumpenschaufelkranz 3 ist von einem Turbinenschaufelkranz 4 umgeben, der auf einer mit der Abtriebswelle 5 drehsteif verbundenen Scheibe 6 sitzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen sowohl die Pumpenschaufeln 3 als auch die Turbinenschaufeln 4 ebene Flanken auf ; dies ist jedoch nicht zwingend, vielmehr könnten die Flanken-je nach den besonderen Betriebsbedingungen, wie Antriebsdrehzahl, mittlerer Durchmesser des Pumpenschaufelkranzes, gewünschte Abtriebsdrehzahl usw. - gekrümmt sein.
In gleicher Weise kann der zwischen dem Pumpenschaufelkranz 3 und dem Turbinenschaufelkranz 4 befindliche Ringspalt 7 wahlweise eine grössere oder kleinere radiale Weite aufweisen und auf einer Zy- lindermantelfläche - wie im gezeigten Ausführungsbeispiel - oder auf einer Kegelmantelfläche liegen.
Während die Scheibe 2 des Pumpenlaufrades als volle Kreisscheibe ausgebildet ist, stellt die Scheibe 6 des Turbinenlaufrades eine Ringscheibe dar, die durch Speichen 8 mit der Abtriebswelle 5 verbunden ist. Die Speichen 8 können als Axialschaufeln ausgebildet sein. Die Abtriebswelle 5 ist im Sinne der Pfeile U axial verschiebbar. Die gesamte Anordnung befindet sich in einem mittels eines Deckels 9 verschliessbaren Gehäuse 10, das sich in Richtung von der Antriebswelle 1 zur Abtriebswelle 5 konisch erweitert. Auf dieses Gehäuse 10 ist ein Ausgleichsbehälter 11 für die Flüssigkeit aufgesetzt. Der Raum 12 des Ausgleichsbehälters 11 steht über Durchgangsöffnungen 13 mit dem Inneren des Gehäuses 10 in Verbindung.
Die Scheibe 2 trägt im Bereich ihrer Peripherie 14
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auf der gegen das Innere des Gehäuses 10 gewendeten Stirnseite einen ringförmigen, sehr nachgiebigen Reibbelag 15a. Vom Zentrum der Scheibe 2 aus erstreckt sich gegen das Innere des Gehäuses 10 eine einseitig offene Nabe 16, die zur Aufnahme einer zapfenartigen Verlängerung 17 der Abtriebswelle 5 bestimmt ist. Zwischen der Nabe 16 und der Peripherie 14 der Scheibe 2
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Kupplungsklauen 19 bzw. 20 vorgesehen.
Die von der Ringscheibe 6 abgewendeten Enden der Turbinenschaufeln 4 sind durch eine Ringscheibe 21 miteinander verbunden, die im Bereich ihrer Peripherie 22 an der der Scheibe 2 zugewendeten Stirnseite einen ringförmigen, sehr nachgiebigen Reibbelag 15b trägt. Antriebswelle 1 und Abtriebswelle 5 laufen in Kugellagern 23,24, die zur sicheren Abdichtung gegen Austritt von Flüssigkeit aus dem Gehäuse 10 beispielsweise mit Simmerringen versehen sind.
Durch axiales Verschieben des mit der Abtriebswelle 5 verbundenen Turbinenrades (vgl. die Pfeile U) kann der Überdeckungsgrad der Pumpen- und Turbinenschaufeln 3,4 und damit die Grösse des von der Antriebswelle 1 auf die Abtriebswelle 5 übertragenen Drehmomentes stufenlos verändert werden. Damit sich beim Gegeneinanderbewegen von Pumpen- und Turbinenrad in der Nabe 16 unter der Kolbenwirkung der zapfenartigen Verlängerung 17 kein Luft- oder Flüssigkeitspolster bilden kann, steht der Hohlraum der Nabe 16 durchAusgleichsbohrungen 25 mit dem Inneren des Gehäuses 10 in Verbindung. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, weisen die radial gerichteten Pumpenschaufeln 3 und die rückwärts geneigten Turbinenschaufeln 4 ebene Flanken auf.
Dabei sind die Schaufelwinkel so gewählt, dass bei einer vorbestimmten Betriebsdrehzahl der Antriebswelle 1 von dieser ein ganz bestimmtes Drehmoment auf die Abtriebswelle 5 übertragen wird. Die radiale Breite des Ringspaltes 7 zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad richtet sich vor allem nach der Viskosität der im Gehäuse 10 befindlichen Flüssigkeit.
Die Wirkungsweise der soeben beschriebenen Vorrichtung ist folgende :
In der Leerlaufstellung, die in Fig. 1 durch strichpunktierte Linien angedeutet ist, wird von der sich im Sinne des des Pfeiles A drehenden Antriebswelle 1 kein Drehmoment auf die Abtriebswelle 5 übertragen, weil keine radiale Überdeckung des Pumpenschaufelkranzes 3 durch den Turbinenschaufelkranz 4 vorhanden ist.
Wenn nun der Turbinenschaufelkranz 4 durch axiales Verschieben nach links in die in Fig. l dargestellte Anlaufstellung verbracht wird, wird infolge der zunehmenden radialen Überdeckung die Abtriebswelle 5 zunächst ganz sanft, dann zunehmend stärker mitgenommen, weil die von den Pumpenschaufeln 3 erfasste und beschleunigte Flüssigkeit auf die Flanken der Turbinenschaufeln 4 auftritt (vgl. den gestrichelten Pfeil C in Fig. 2) und somit ein allmählich zunehmendes Drehmoment auf die Abtriebswelle 5 ausübt ; die Abtriebswelle 5 läuft also im Sinne des Pfei- les B langsam an, worauf ihre Drehzahl immer mehr zunimmt.
Beim weiteren axialen Verschieben des Turbinenschaufelkranzes 4 nach links gelangt er in die Synchronisierstellung, bei der die ringförmigen, sehr nachgiebigen Reibbeläge 15a, 15b zur gegenseitigen Anlage kommen ; im Zuge der weiteren axialen Verschiebung des Turbinenschaufelkranzes 4 werden die ringförmigen Reibbeläge 15a, 15b immer mehr zusammengedrückt, wobei die Reibungskraft immer stärker wird, bis schliesslich die Relativbewegung zwischen der Scheibe 2 und der Ringscheibe 21 Null wird, d. h. die Antriebswelle 1 und die Abtriebswelle 5 synchron laufen.
Kurz vor dem Erreichen dieses Zustandes kommen jedoch die Kupplungsklauen 19, 20 in gegenseitigen Eingriff, so dass also in der Endstellung, d. h. in der "Kupplungsstellung", an die Stelle der ursprünglichen hydraulischen, also nachgiebigen Kraftübertragung eine rein mechanische, also starre Kraftübertragung tritt, die praktisch verlustlos arbeitet. Diese Tatsache, d. h. die Verbindung des sanften Anlaufes am Beginn des Kupplungsvorganges mit der starren Kraftübertragung am Ende des Kupplungsvorganges. macht die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Verwendung als Schaltkupplung, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, besonders geeignet.
Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel ist im Prinzip wie die Vorrichtung nach den Fig. l und 2 aufgebaut, weist jedoch dieser gegenüber einige rein bauliche Unterschiede auf. Beispielsweise sind gemäss dem unteren Teil der Fig. 3 die an der Scheibe 2 und an der die ihr zugewendeten Enden der Turbinenschaufeln 4 miteinander verbindenden Ringscheibe 21 vorgesehenen Reibbeläge 15a, 15b konisch ausgebildet und die freien Enden der Pumpenschaufeln 3 sind nicht durch eine Ringscheibe miteinander verbunden. Ausserdem trägt die Antriebswelle 1, die im gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Scheibe 2 nicht aus einem Stück besteht, an ihrem in das Innere des
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