Strömungskupplung mit Füllungsregelung. Die Erfindung betrifft eine regelbare Strömungskupplung derjenigen Gattung, bei welcher in einer mit dem Arbeitsraum der Kupplung kommunizierenden Kammer ein verstellbares Schöpfrohr angeordnet ist; das in einen mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung stehenden Behälter fördert.
Gemäss der Erfindung soll der einerseits mit dem Schöpfrohrauslass und anderseits mit dem Arbeitsraum der Kupplung verbundene Behälter als ein mit der Kupplung umlaufen der Behälter ausgebildet sein, der innerhalb eines der innersten Schöpfrohrstellung ent sprechenden Durchmessers das Flüssigkeits volumen des Arbeitsraumes der Kupplung und der Schöpfrohrkammer aufzunehmen vermag. Um für den Behälter in Richtung gegen die Achse genügend Raum zu schaffen, empfiehlt es sich, die Kupplung mit einem relativ grossen Verhältnis des Innendurch messers ihres Arbeitsraumes zu dessen Aussen durchmesser auszuführen, das grösser als 0,4, vorzugsweise grösser als 0,5 sein soll.
Es sind an sich bereits Strömungskupplun gen vorgeschlagen worden, derenArbeitsraum- Durchmesserverhältnis grösser als 0,4 ist, doch handelt es sich bei diesen Vorschlägen teils um zufällige, nur aus schematischen Patentzeichnungen sich ergebende Grössen verhältnisse und teils um Kupplungen, bei denen das Durchmesserverhältnis aus andern Gründen in dieser Grössenordnung gewählt wurde. Die vorliegende Strömungskupplung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der ring förmige Behälterraum mit seiner Innenseite an den Schöpfrohrauslass und mit seiner Aussenseite an den Arbeitsraum der Kupp lung angeschlossen ist.
Es ist ohne weiteres möglich, die Kupp lung so auszubilden, dass im Gleichgewichts zustand derselben eine gewisse Flüssigkeits menge vom Arbeitsraum der Kupplung in den Behälter und von diesem zurück in den Arbeitsraum strömt und hierbei gekühlt wird. Zu diesem Zweck kann die Verbindungslei tung zwischen dem Schöpfrohrauslass und dem Behältereinlass nach aussen etwa über einen besondern Kühler geführt werden. Doch dürfte es in vielen Anwendungsfällen möglich sein, eine solche Kupplung so zu gestalten, dass unter Vermeidung eines separaten Küh lers durch Oberflächenkühlung genügend Wärme abgeführt wird.
Die Kupplung kann hierzu in an sich bekannter Weise mit einer ausreichend grossen, etwa noch durch Kühl rippen vergrösserten rotierenden Oberfläche versehen werden, wobei: die Flüssigkeit auf ihrem Umlauf vom Arbeitsraum der Kupp lung in den Behälter und insbesondere von diesem zurück in den Arbeitsraum der Kupp lung so geführt wird, dass sie möglichst grosse und möglichst weit aussen liegende Ober flächen bestreicht. In der Verbindungsleitung zwischen Behälter und Arbeitsraum der Kupplung wird zweckmässig eine den Umlauf im Gleichgewichtszustand begrenzende Dros selstelle vorgesehen.
Eine besonders starke Kühlwirkung ergibt sich dann, wenn das Kupplungsgehäuse und der Behälter mit dem Turbinenrad verbunden werden und die Kupplung, etwa zum Antrieb einer Kreiselmaschine dienend, unmittelbar in die Nabe dieser getriebenen Maschine ein gebaut wird, derart, dass das umlaufende Kupplungsgehäuse die von dem Medium der Kreiselmaschine bespülte Nabe bildet. Eine solche Ausführung der Strömungskupplung gemäss der Erfindung eignet sich besonders auch für den Antrieb von Kühlgebläsen, wo bei das mit dem Sekundärteil umlaufende Kupplungsgehäuse die Gebläseschaufeln trägt.
Dabei wird die Drehzahl des Gebläses zweck mässig über einen Thermostaten gesteuert, der etwa unmittelbar auf eine das Schöpfrohr tragende Verstellwelle einwirkt.
Eine Ausführung mit Ölumlauf und sekundärem Kupplungsgehäuse und Behälter ist besonders auch als Ausrückkupplung ge eignet, also in solchen Fällen, wo gelegentlich bis auf 10011/o Schlupf heru.ntergeregelt wer den muss und insbesondere wo in diesem Zu stand ausserdem unter Umständen längere Zeit zu fahren ist. Der Ölumlauf ist bei 100 % Schlupf
in dieser Ausführung ein Minimum, da hierbei ja der Behälter wie ein ortsfester Behälter stillsteht und geringe, in den Arbeitsraum der Kupplung gelangende Öl mengen durch den rotierenden Primärteil, etwa durch besondere daran befestigte Hilfs schaufeln, in Umlauf versetzt und durch das Schöpfrohr wieder herausgefördert werden. Ausserdem wirkt sich diese Ausführung für Ausrückkapplungen insofern günstig aus, als dabei in ausgekoppeltem Zustand die Haupt masse der Kupplung stillsteht und nur der innenliegende Primärteil rotiert.
Nach einem weiteren Vorschlag können in die Verbindungsleitung zwischen Behälter und Arbeitsraum der Kupplung ein oder mehrere Schnellfüllventile eingebaut werden, deren Öffnungsquerschnitt etwa vom Druck im Schöpfrohr gesteuert wird; derart,- dass die Ventile so lange geschlossen gehalten werden, als das Schöpfrohr arbeitet, solange es also aus dem Arbeitsraum der Kupplung abschöpft, jedoch sofort öffnen, sobald das Schöpfrohr zur Erhöhung des Füllungs grades der Kupplung teilweise oder ganz zu rückgezogen bzw. zurückgeschwenkt wird.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Fig.1 zeigt die Ausführung einer Strö- mungskupplupg mit einem mit dein Turbinen rad verbundenen Behälter, wobei die Kupp lung in die Nabe eines Gebläses eingebaut ist; Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführung mit einem am Pumpenrad befestigten Kupplungs gehäuse lund mit zusätzlichem Schnellfüll- ventil, und Fig. 4 zeigt- eine Ausführung mit einem tangentäal zu einem zur Kupplungsachse zentrischen Kreis verstellbaren Schöpfrohr.
Nach Fig. 1 ist auf der mit dem Motor gekuppelten Antriebswelle 1 das Pumpenrad 2 angeflanscht. Das Turbinenrad 3 und ein mit ihm verbundener Behälter 4 sitzen in der Nabe 5 eines Axialgebläselaufrades mit den Sehaufeln 6 und sind mit dieser Nabe fest verschraubt. Die Nabe 5 greift auch über das Pumpenrad 2 hinweg und stützt sich mit seiner stirnseitigen Abschlusswand 7 über ein Lager 8 gegen den mit dem Gehäuse 9 über die 'Stützschaufeln 1!Q verbundenen Lager schild 11 ab. Auf der anderen Seite ist der Behälter mittels eines Lagers 12 gegen die Antriebswelle abgestützt.
Zwischen dem Pumpenrad 2 und der Stirnwand 7 befindet sich die Schöpfrohr- kammer 13, in die das Schöpfrohr 14 hinein greift. Dieses ist mittels eines hohlen, zur Kupplungsachse parallelen Zapfens 15 in dem Arm 16 gelagert, der auf der durch eine zen trale Bohrung des Lagerschildes 11 hindurch geführten Verstellwelle 17 sitzt.
Das Lager sehild trägt innerhalb des Lagers 8 ein Zahn segment 28, das mit einer Verzahnung an dein hohlen Zapfen 15 des Schöpfrohres zusam menarbeitet, so dass bei :einer bestimmten Verdrehung der Welle 17 eine grössere Ver drehung des Schöpfrohres stattfindet, Der Arm 16 und die Verstellwelle 17 sind mit einer Leitung 18 versehen, die über den Hohlzapfen 15 mit dem Schöpfrohr in Ver bindung steht. Die Leitung 18 ist durch eine Bohrung in der Antriebswelle fortgesetzt und mündet über mehrere radiale Bohrungen 19 in den Behälter 4, derart, dass dieser mit seiner Innenseite mit dem Auslass des Schöpf- rohres 14 in Verbindung steht.
Aus dem Be hälter 4 führen Öffnungen 20 in einen zwi schen dem Behälter 4 und der Nabe 5 frei gelassenen zylindrischen Ringraum 21, von dem die Bohrungen 22 in den Arbeitsraum 23 führen. Dieser Arbeitsraum 23 steht mit der Aussenseite des Behälters 4 in Verbin dung. Zwischen dem Pumpenrad 2 und der Nabe 5 ist ein Ringraum- 24 freigelassen, über den der Arbeitsraum der Kupplung mit der Sehöpfrohrkammer 13 in Verbindung steht. Ausserdem sind an der Nabe des Pumpenrades Verbindungsöffnungen 25 vorgesehen. An beiden Enden der Kupplung schliesst je ein Dichtungsring 26 bzw. 27 die Kupplung öl- dicht nach aussen ab.
An :die Schöpfrohr druckleitung sind kleine Schmierleitungen (70/71) zu den Lagern angeschlossen.
Der Aussendurchmesser DA des Behälter innenraumes ist, wie ersichtlich, etwas grösser als der Innendurchmesser D; des Arbeits raumes der Strömungskupplung, während sein kleinster Innendurchmesser etwa dem Innendurchmesser der benachbarten Kugel lager entspricht. Der Aussendurchmesser des Arbeitsraumes der Kupplung ist mit Da bezeichnet.
Der Behälter 4 ist so gross aus geführt, dass er innerhalb einer Zylinder fläche, deren Durchmesser gleich demjenigen Durchmesser ist, auf dem der Schöpfrohr- einlass in seiner innerstenStellung liegt, das Flüssigkeitsvolumen des Arbeitsraumes -der Kupplung einschliesslich der ISchöpfrohr- kammer aufzunehmen vermag.
Beim Anfahren aus dem 'Stillstand mit nach innen geschwenktem (Schöpfrohr wird das in der untern Hälfte des Arbeitsraumes der Kupplung befindliche <B>Öl</B> vom Pumpenrad er fasst und in Umlauf versetzt und dadurch allmählich das 'Turbinenrad mitgenommen. Sobald sich dieses zu drehen beginnt, wird die 'im Behältern 4 befiindliehe Flüssigkeit durch die Öffnungen 20 nach aussen und in den Arbeitsraum der Kupplung gedrängt,
bis der Arbeitskreislauf voll gefüllt ist und die Kupplung mit 2 bis 3% Schlupf läuft.
Zur Verringerung der Sekundärdrehzahl wird das Schöpfrohr selbsttätig oder willkür lich verschwenkt, so dass seine Schöpföffnung auf einen grösseren Durchmesser kommt. Das Schöpfrohr schöpft dann aus der Kammer 13, in der sich jeweils eine dem Füllungsgrad der Kupplung entsprechende Spiegelhöhe einstellt, einen der Stellung des Schöpfrohres ent sprechenden Teil der Flüssigkeit ab und führt ihn durch das Schöpfrohr 14, durch den hohlen Zapfen 15, die Leitungen 18 und 19 in den Behälter 4, in dem sich dann ein höherer Ölspiegel einstellt, da das Schöpfrohr mehr zu schöpfen vermag, als durch die Dros sel 22 aus dem Behälter zurück in den Arbeitsraum der Kupplung zu strömen ver mag.
Nach. Erreichen des Gleichgewichts-. zustandes wird ein kleiner Ölumlauf aufrecht erhalten; der die in der Kupplung ent stehende Wärme abführt. Durch das Entlang führen des Ölstromes an der von der Luft bestrichenen Nabe des Gebläses wird eine starke Kühlung des Kupplungsöls erzielt.
In besonderen Fällen wird es zweckmässig sein, den zylindrischen -Ringraum 21 -statt über die Bohrungen 22 durch die gestrichelt eingezeichneten Drosselnuten 22a mit der Leitung zwischen Schöpfrohrkammer und Arbeitsraum 23 zu verbinden. Hierdurch wird erreicht, dass die Sekundärseite schneller ab gekuppelt werden kann.
Wenn nämlich das Schöpfrohr 14 mit seiner Einmündung. auf den grössten Durchmesser gebracht wird, dann wird durch das Schöpfrohr zwar sehr schnell der Inhalt des Arbeitsraumes abge- schö'pft und in den Behälter geschafft; da, dieser aber erst allmählich mit seiner Dreh zahl heruntergeht, wird durch Fliehkraft noch weiterhin aus ihm Flüssigkeit in den Ringraum 21 gedrückt.
Diese Flüssigkeit wird dann aber durch die Nuten 22a unmittelbar" wieder in die Schöpfrohrkammer geleitet, ohne vorher mit der Beschaufelung im Arbeitsraum der Kupplung in Berührung zu kommen.
Die Nuten 22a können in ihrem Quer schnitt grösser gehalten werden als die Bohrungen 22, und es können sowohl die Bohrungen 22 als auch die Nuten 22a vor gesehen werden.
Bei dem in Fig.2 und 3 gezeigten Aus führungsbeispiel sind der Behälter 30 und das Gehäuse 31 der Strömungskupplung mit dem Pumpenrad 32 der Kupplung verbunden. Zwischen dem Turbinenrad 33 -und der Stirn wand: des Gehäuses 31 liegt die Schöpfrohr- kammem 34, in die das Schöpfrohr 35 hinein ragt. Das Schöpfrohr ist in einem feststehen den Gehäuseteil 36 iun eine zur Getriebeachse parallele Achse drehbar gelagert. Die An triebswelle 37 ist über ein glockenförmiges Gehäuse 38 und eine elastische Kupplung 39 mit dem Behälter 30 verbunden und über einen kugelig ausgebildeten zentralen Zapfen 40 gegen diesen Behälter abgestützt.
Wie besonders aus Fig.3 ersichtlich ist, ist in die Verbindungsleitung 41, 42, die vom Behälter 30 in den Arbeitsraum der Kupp lung führt, ein Ventil eingebaut, das aus einem Ventilsitz 43 und einer frei beweg lichen Membran 44 besteht. Unter der Mem bran ist ein kleiner Druckraum vorgesehen, der über eine Steuerleitung 45 mit der Schöpfrohrdruckleitiulg in Verbindung steht. Der Druckraum ist über kleine BohrLingen 4.6 in der Membran an die Leitung 42 ange schlossen.- Auch bei diesem Beispiel steht der Be hälter 30 mit seiner Innenseite mit dem Aus lass des Schöpfrohres 34 und mit der Aussen seite mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung.
Der Behälter 30 ist so gross ausgebildet, dass er innerhalb einer Zylinderfläche, deren Durchmesser gleich demjenigen Durchmesser ist, auf dem der Schöpfrohreinlass in seiner innersten Stellung liegt, das Flüssigkeits- V-olumen des Arbeitsraumes der Kupplung 32, 33 und der @Schöpfrohrkammer 34 aufzu nehmen vermag.
Solange das Schöpfrohr während des nor malen Betriebes etwas in den Ölspiegel in der Schöpfrohrkammer eintaucht, um den zum Abführen der in der Kupplung ent stehenden Wärme notwendigen Ölumlauf zu erzwingen, herrscht in der Schöpfrohrleitung Druck, der sich durch die Steuerleitung 45 in den Druckraum unter der Membran 44 fortsetzt und diese infolge der Wirkung des Druckes auf die ganze Unterfläche der Mem bran gegen den Ventilsitz presst.
Sobald aber das Schöpfrohr zur Erzielung eines grösseren Füllungsgrades um einen grösseren oder klei neren Betrag zurückgeschwenkt wird, setzt .der Druck in der Steuerleitung dadurch, dass sich die Steuerleitung mangels weiteren Zu flusses teilweise durch die Öffnung 46 ent leert, vorübergehend aus, so dass der nur auf einen Teil der obern Fläche der Membran wirkende Druck des Öls in der Leitung 41 das Ventil zwecks schneller zusätzlicher Fül lung der Strömungskupplung öffnet.
Das Ventil schliesst sich sofort wieder, wenn der Innendurchmesser des Ölrings in der Schöpf- rohrkammer und damit gleichzeitig der Fül lungsgrad der Kupplung auf -den durch die neue Schöpfrohrstellung gegebenen Wert an gestiegen ist Lind das Schöpfrohr zur Erzwin gung des Kühlölumlaufes wieder fördert. Im Dauerbetrieb läuft nur ein kleiner, durch die Öffnungen 46 in der Membran bestimmter Ölstrom mit geringem Energieverbrauch um.
Die Ausbildung ist mit Vorteil so, dass auch im Gleichgewichtszustand, also nach Erreichen des jeweils gewünschten Füllungs grades, eine gewisse Menge der Arbeitsflüssig keit, zum Beispiel Öl, aus dem Arbeitsraum der Kupplung über das Schöpfrohr in den Behälter und von diesem zurück in den Arbeitsraum der Kupplung strömt, um die im Arbeitsraum der Kupplung entstehende Wärme abzuführen. Die Verhältnisse können hierbei so sein, dass sich die Flüssigkeit- Umlaufmenge in gewissen Grenzen mit dem Füllungsgrad ändert, und zwar etwa in der gleichen Weise wie die bei den verschiedenen Betriebszuständen anfallende Wärmemenge.
Hierbei können Massnahmen getroffen sein, damit diese Änderung der Umlaufmenge von selbst eintritt, also ohne besondere Steuerein richtung, was einen ganz erheblichen Vorteil bedeutet. Die Grösse der zur Kühlung dienen den Umlaufmenge hängt dabei auch noch davon ab, ob das Kupplungsgehäuse und der Behälter mit dem Pumpen- oder Turbinenrad verbunden wird.
Bei einer Verbindung des Gehäuses mit dem Turbinenrad ergibt sich eine Umlaufmenge und eine selbsttätige Änderung der Umlaufmenge, wie sie besonders den Bedürfnissen beim Antrieb von Kreisel maschinen entspricht, während sich eine Aus führung, bei .der das Gehäuse und der Be hälter mit dem Pumpenrad verbunden ist, hinsichtlich der Wärmeabfuhr besonders für Antriebe mit gleichbleibendem Drehmoment- bedarf eignet.
Bei den normalen bekannten regelbaren Strömungskupplungen ist der ölumlauf beim kleinsten Schlupf am grössten und wird mit zunehmendem Schlupf kleiner: Bei der klein sten Füllung, also dem grössten Schlupf und der stärksten Erwärmung, werden dabei zu geringe Wärmemengen abgeführt. Bei einer andern bekannten Ausführung ändert sich die ölumlaufmenge nicht automatisch mit dem Füllungsgrad, aber für die Veränderung der einmal eingestellten Menge während des Betriebes müssen zusätzliche Regeleinrichtun gen vorgesehen werden.
In ähnlicher Weise, wie oben angegeben, könnte das Schnellventil auch bei einer Aus führung mit sekundärseitig Lunlaufendem Behälter angeordnet werden, also beispiels weise in der Kupplung nach Fig.1. Bei der gezeigten Ausbildung des Ventils soll es sich nur um ein Ausführungsbeispiel handeln.
Die in Fig. 4 gezeigte Strömungskupplung mit dem Pumpenrad 52 und dem Turbinen rad 53 besitzt einen mit dem Pumpenrad ver bundenen Behälter 54, dessen Aussendurch messer DA wiederum grösser als der Innen durchmesser Di des Arbeitsraumes der Strö mungskupplung ist. Der Behälter stützt sich mit seiner Stirnwand 55 über ein Lager 56 auf die nach vorne verlängerte Abtriebswelle 57 ab. Er ist mittels einer Membran 5,8 an die Antriebswelle 5'1 angeflanscht.
Der Behälter < 54 'ist mit seiner Innenseite an den Auslass des Schöpfrohres 65 und mit seiner Aussenseite an den Arbeitsraum der Kupplung 52, 53 ange schlossen. Über ein .balliges Lager 59 sind die Antriebswelle und die Stirnwand 55 gegen einander abgestützt. über die Scheibe 60 und das Lager 61 stützt sich das Pumpenrad gegen die Abtriebswelle ab. Das Turbinenrad ist mittels seiner Scheibe 62 an der Abtriebs welle angeflanscht. Zwischen dem Turbinen rad und der hintern Stirnwand 63 des Kupp lungsgehäuses liegt die Schöpfrohrkammer 64, in der das Schöpfrohr 65 angeordnet ist.
Dieses ist in einem in die Sehöpfrohrkammer Hineinragenden Arm 66, der am feststehen den Teil 67 befestigt ist, verschiebbar ge lagert. Das Schöpfrohr ist seitlich mit einer Verzahnung versehen, in die ein im Gehäuse teil 67 konzentrisch zur Abtriebswelle liegen des drehbares Zahnradsegment 68 eingreift. Zur Verdrehung des Zahnsegmentes und da mit zur Verschiebung des Schöpfrohres dient der Verstellhebel 69.
Der Behälter 54 ist so bemessen, dass er innerhalb einer Zylinderfläche, deren Durch messer gleich demjenigen Durchmesser ist, dem der Schöpfrohreinlass in seiner <B>i</B> au± innersten Stellung liegt, das Flüssigkeits volumen des Arbeitsraumes,der Kupplung 52, 53 und der Schöpfrohrkammer 64 aufzuneh men vermag.