Hydraulische Turbokupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Turbokupplung, wie diese im HauptpatentNr.350840 beansprucht ist.
Dieses Patent beansprucht eine hydraulische Turbokupplung mit beschaufeltem Pumpen- und Turbinenrad, mit Mitteln zum Ändern des Füllungs grades des Arbeitskreises und zum Ändern der Dreh leistung der Kupplung, mit einer oder mehreren im Querschnitt begrenzten Ausflussöffnungen, durch welche während des Betriebes Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf ausfliessen kann, und mit Steuer mitteln, welche in Abhängigkeit des Füllungsgrades die Querschnittfläche der Ausflussöffnung oder Aus flussöffnungen mit steigendem Füllungsgrad verrin- gern und mit sinkendem Füllungsgrad vergrössern.
Im Hauptpatent ist eine spezielle Ausführungs form beschrieben, in welcher das auf Veränderung der Füllung des Arbeitskreislaufes ansprechende Steuerorgan durch einen Balg betätigt wird, der dem Druck der Arbeitsflüssigkeit in einer mit dem Pumpenrad der Kupplung rotierenden Sammelkam- mer unterworfen ist. Der erzeugte Druck strebt danach, den Balg entgegen der Wirkung einer Feder zusammenzudrücken und das Steuerorgan zur Er höhung des freien Durchflussquerschnittes zu öffnen und damit den begrenzten Fluss der Arbeitsflüssig keit aus dem Arbeitskreislauf zur Sammelkammer bei abnehmendem Flüssigkeitsstand im Arbeits kreislauf zu erhöhen und umgekehrt.
Die erfindungsgemässe hydraulische Turbokupp lung mit einem beschaufelten Pumpen- und einem beschaufelten Turbinenrad, welche einen Arbeits kreislauf festlegen, mit einer rotierenden Sammel- kammer, mit Mitteln zur Änderung des Füllungs grades des Arbeitskreislaufes, um die Drehmoment- Übertragungsfähigkeit der Kupplung zu ändern, mit einer oder mehreren, im Querschnitt begrenzten Aus- flussöffnungen,
durch welche während des Betriebes der Kupplung Arbeitsflüssigkeit in begrenzter Menge aus dem Arbeitskreislauf zur Sammelkammer fliessen kann, um darin einen rotierenden Flüssigkeitsring zu bilden, und ferner mit mindestens einem Steuer organ zur Steuerung einer oder mehrerer solcher Öffnungen und damit dieses begrenzten Durchflusses, und mit dieses Organ betätigenden Mitteln, welche auf die Veränderung der Füllung des Arbeitskreis laufes ansprechen, um das Steuerorgan bei abneh mender Arbeitskreislauf-Füllung zu öffnen und um gekehrt, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Betätigen des Steuerorgans einen ersten Schwim mer umfassen,
welcher mit dem Steuerorgan verbun den und bezüglich der Kupplungsachse beweglich an geordnet ist, um das Steuerorgan in Abhängigkeit von der sich ändernden radialen Lage des Flüssigkeits spiegels des Flüssigkeitsringes in der Sammelkammer zu betätigen, und dass jene Mittel einen zweiten Schwimmer umfassen, welcher ebenfalls mit dem Steuerorgan verbunden ist und in einem Schwim mergehäuse beweglich angeordnet ist, in welchem Gehäuse im Betrieb der Flüssigkeitsstand praktisch stets eine annähernd konstante Höhe aufweist.
Ein Beispiel des Erfindungsgegenstandes und eine Detailvariante werden anschliessend anhand beilie gender Zeichnungen erläutert.
Es zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt einer Turbokupplung im Aufriss, Fig. 2 eine vergrösserte Darstellung einer Steuer vorrichtung der Turbokupplung, Fig. 3 eine vergrösserte Darstellung einer andern Ausführungsform einer Steuervorrichtung der Turbo kupplung.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte hydraulische Kupplung weist ein beschaufeltes Pumpenrad 1 auf; welches an ein inneres Gehäuse mit Seitenwänden 2 und 3 und einem zylindrischen Teil 4 mittels Bolzen befestigt ist, wobei die Wand 3 über einen Ring 5 und Bolzen 6 aussen an einer Treibscheibe 7 be festigt ist, deren Innenteil an einen Flansch einer Eingangswelle 8 mittels Bolzen befestigt ist.
Ein beschaufeltes Turbinenrad 9 ist an einen Flansch einer Abgangswelle 10 angebolzt, welche Welle 10 in Nabenöffnungen der Seitenwände 2 und 3 gelagert ist, Das Reservoir 11 ist mit dem freien Rand seines Mantels am Ring 5 befestigt, so dass es mit der Treibscheibe 7 und dem Pumpenläufer 1 rotiert, wo bei eine Dichtung 12, die als Labyrinthd'ichtung aus gebildet sein kann, vorgesehen ist zwischen dem d'reh- achsennahen Umfang des Reservoirs 11 und einem feststehenden Teil 13 einer Schöpfrohranordnung, welcher durch einen Support 14 gestützt wird.
Im Reservoir 11 ist ein in einem Führungsstück 16 des Teils 13 längsbewegliches Schöpfrohr 15 angeordnet, welches mittels eines Hebels 17 verstellbar ist. Der Hebel 17 ist auf einem Stift 18 angeordnet, welcher über den Teil 13 vorsteht und mit dem Schöpfrohr 15 in bekannter Art mittels der Hebel 19 und 20 wirkverbunden ist.
Das innere Gehäuse 2, 3, 4 ist z. B. mit drei im Durchflussquerschnitt begrenzten Düsen 21 aus gerüstet (Fig. 1), welche sich in gleichen Abstän den auf dem Gehäuseumfang verteilen, so dass wäh- rens des Arbeitsvorganges der Kupplung Arbeits flüssigkeit aus dem Arbeitskreis im Innengehäuse durch die Düsen 21 in das Reservoir 11 fliesst, wo sie einen an die äussere Zylinderwand des Reservoirs 11 anliegenden Flüssigkeitsring bildet.
Das Schöpf- rohr 15 schöpft Flüssigkeit aus diesem Ring und leitet sie durch eine Leitung (nicht dargestellt) im Teil 13 zu einem Kühler (nicht dargestellt), von wo sie durch eine andere Leitung 22 ins Innere eines Gehäuses 24 und von dort durch Öffnungen 25 in den Arbeitskreis der Kupplung zurückströmt.
Die bisher beschriebene Turbokupplung ist in ihrem Aufbau bekannt. Während ihres Normal betriebes fliesst kontinuierlich Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreis durch die im Querschnitt fest be grenzten Düsen 21 und ein kontinuierlicher Fluss durch die Öffnungen 25 in den Arbeitskreis zurück. Die Einstellung des Schöpfrohres 15 mittels des Hebels 17 ändert den Abstand des Schöpfrohreintritts von der Reservoirinnenfläche und somit die Dicke des Ölringes im Reservoir, wodurch der Füllungsgrad des Arbeitskreises ändert.
Der Zentrifugaldruck der Flüssigkeit im Gehäuse 2, 3, 4 ändert mit dem Füllungsgrad des Arbeits kreises. Dieser Druck ist am grössten, wenn die Füllung des Arbeitskreises am grössten ist und nimmt mit sinkendem Füllungsgrad ab, so dass entspre chend die Ausflussgeschwindigkeit durch die im Durchgang begrenzten Düsen 21 abnimmt.
Um diesen grundsätzlichen Nachteil von Turbo kupplungen mit im Querschnitt begrenzten Löchern bzw. Düsen zu verhüten, ist die in den Fig.1 und 2 dargestellte Ausführung zusätzlich zu oder anstatt den Düsen 21 mit einer oder mehreren Steuervorrichtungen 30 ausgestattet. Eines davon ist im Aufriss im obern Teil von Fig.1 dargestellt sowie in grösserem Massstab in Fig. 2 im Schnitt, welche Figur die Vorrichtung 30 in Arbeitslage bei normaler Drehzahl mit gefüllter Arbeitskammer und beinahe leerer Reservoirkammer 11 zeigt.
Wie in Fig. 2 ersichtlich, weist die Steuervorrich tung 30 ein in die Wand des Sammelbehälters 11 eingeschraubtes zylindrisches Gehäuse 31 auf, dessen Achse radial zur Achse der Kupplung steht, wobei das radiale innere Ende des Ventilgehäuses 31 eine becherförmige Kolbenführung 32 trägt, welche koaxial mit dem Ventilgehäuse 31 angeordnet ist und deren offenes radial inneres Ende in eine Öffnung des zylindrischen Teils 4 des inneren Gehäuses 2, 3, 4 passt.
Ein becherförmiger und gegen die Kupplungs achse hin offener Kolben 33, der in der Kolben führung 32 axial beweglich ist, besitzt eine Kolben stange 34, welche durch die Endwand der Kolben führung 32 durchführt und deren radial äusseres Ende mit einer Scheibe 35 verbunden ist, in welcher rund herum Flüssigkeits-Durchgangsöffnungen 36 angeord net sind, und welche auf ihrem Rande eine ring förmig geschlossene Kammer 37 trägt, die im Ge häuse 31 bezüglich der Kupplungsachse radial be weglich ist und einen Schwimmer bildet.
Eine zylin drische Wand 38, welche an einem Ende mit der radial äusseren Endwand des Gehäuses 31 verbunden ist und die Flüssigkeit enthaltende Kammer 47 bil det, befindet sich zwischen dem ersten Schwimmer 37 und einem zweiten Schwimmer 39 von zylindri scher Form, welcher zweite Schwimmer 39 ebenfalls durch die Scheibe 35 getragen wird und mit dem Gehäuse 31 und der Zylinderwand 38 koaxial an geordnet ist, wobei das radial innere Ende der Kammer 47 offen ist.
Die zylindrische Wand der Kolbenführung 32 ist mit in ungleichem Abstand von der Kupplungs achse angeordneten Öffnungen 40A, 40B und 40C versehen. Wenn der Kolben 33 wie ersichtlich in seiner radial äussersten Lage ist, deckt er alle öff- nungen 40A, 40B und 40C zu. Wenn aber eine oder mehrere der Öffnungen ungedeckt sind, ist das Innere der Kolbenführung 32 mit dem Innern des Gehäuses 31 verbunden, welches Gehäuse 31 mit grossen Öffnungen 41, 42, 43 und 44 ausgestattet ist, die in ungleichem Abstand von der Kupplungsachse liegen, durch welche Öffnungen das Innere des Ge häuses 31 sich dauernd in voller Verbindung mit dem Innern der Sammelkammer 11 befindet.
Die End- wand des Kolbens 33 besitzt Öffnungen 45. In der Endwand der Kolbenführung 32 befindet sich eine kleine Öffnung 46, welche wie die Düse 21 einen begrenzten Durchfluss der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitskreis der Kupplung in die Sammelkammer 11 erlaubt.
Wenn im Betrieb das Schöpfrohr 15 ganz in die Sammelkammer 11 ausgeschoben ist, wie dies in strichpunktierten Linien in Fig. 1 bei 15a dargestellt ist und der Arbeitskreis daher voll ist, befinden sich der erste und zweite, zusammen eine Einheit bildende Schwimmer 37 und 39 in ihrer radial äussersten Lage (Fig. 2), ebenso der Kolben 33, wobei er in dieser äussersten Lage die Öffnungen 40A, 40B und 40C deckt. Aus dem Arbeitskreis fliesst ununterbrochen Flüssigkeit in begrenzter Menge durch die Kolben führung 32, die Löcher 45 und die Öffnung 46, und von da durch die grosse Öffnung 41 im Gehäuse 31 zur Sammelkammer 11.
Anfänglich fliesst ein Teil der aus der Öffnung 46 strömenden Flüssigkeit durch die Flüssigkeits-Durchgangslöcher 36 der Scheibe 35 in das zylindrische Schwimmergehäuse 47 innerhalb der Zylinderwand 38, und füllt dieses Schwimmer gehäuse vollständig, das heisst auf den Stande des offenen Endes der zylindrischen Wand 38. Die ring förmige Schwimmerkammer 48 zwischen der zylin drischen Wand 38 und dem Gehäuse 31 wird teil weise gefüllt, und zwar auf Grund der grossen Öff nungen 41, 42, 43, 44 im Gehäuse 31 auf den jenigen Stand, den der Flüssigkeitsring in der Sam- melkammer aufweist.
Wenn das Schöpfrohr 15 zurückgezogen wird (z. B. gemäss den ausgezogenen Linien in Fig. l), um die Dicke des Flüssigkeitsringes in der Reservoir- kammer 11 zu vergrössern und die Füllung im Ar beitskreis herabzusetzen, so steigt der Flüssigkeits spiegel in der ringförmigen Schwimmerkammer 48 an und der ringförmige erste schwimmende Schwim mer 37 bewegt sich infolge des erhöhten, auf seine radial äussere Stirnweite wirkenden FlüssiglCeitsdruk- kes zusammen mit dem mit ihm verbundenen zweiten Schwimmer 39 radial gegen die Kupplungsachse, wobei sie den Kalben 33 gegen die Kupplungsachse schieben.
Bei einer genügenden Einwärtsbewegung des Kolbens 33 bewirkt dieser die teilweise Freigabe der Öffnung 40A, so d'ass jetzt Flüssigkeit aus dem Arbeitskreis zur Sammelkammer 11 nicht nur über die vorgenannten Löcher 45 und 46 fliessen kann, sondern ebenfalls über die teilweise ungedeckte Öff nung 40A, derart, dass der Fluss aus dem Arbeits kreislauf sich (obgleich noch begrenzt) erhöht, wie dies erforderlich ist, um die zirkulierende Flüssig keitsmenge durch den Kühler und den Arbeitskreis zu erhöhen.
Da der zylindrische zweite Schwimmer 39 sich zusammen mit dem ringförmigen ersten Schwimmer 37 radial einwärts bewegt, kann sich der Flüssig keitsstand in der zylindrischen Schwimmerkammer 47 augenblicklich verringern. Er wird aber sofort wieder steigen und auf der ursprünglichen vollen Höhe bleiben, da Flüssigkeit durch die Durchgangs öffnungen 36 aus dem Gehäuse 31 zu der zylin drischen Schwimmerkammer 47 fliesst.
Ein weiteres und fortgesetztes Zurückziehen des Schöpfrohres 15 veranlasst den Kolben 33, zuerst eine grössere Fläche der teilweise ungedeckten Öff nung 40A und schliesslich die ganze Öffnung frei zugeben, und dann die Öffnungen 40B und 40C nach und nach und schliesslich ganz freizugeben, womit der verfügbare freie Querschnitt für den be grenzten Durchfluss von Flüssigkeit aus dem Arbeits kreis zu der Sammelkammer fortwährend zunimmt.
Beim Ausschieben des Schöpfrohres 15, das heisst beim Bewegen der Schöpfmündung gegen die Peri pherie der Sammelkammer 11, bewegt sich auf Grund des zurückgegangenen Standes der Flüssigkeit in seinem Schwimmergehäuse 48 der ringförmige erste Schwimmer 37 radial nach aussen. Der zylin drische zweite Schwimmer 39 bewegt sich mit dem ersten, wobei er Flüssigkeit aus der vollen Schwim merkammer 47 herausdrückt. Diese Flüssigkeit fliesst über den Rand des offenen Endes der zylindrischen Wand 38 und über die ringförmige Schwimmerkam mer 48 sowie die grossen Öffnungen 41 bis 44 im Gehäuse 31 zur Sammelkammer 11.
Gleichzeitig bewegt sich der Kolben 33 radial nach aussen, wobei er nacheinander die Öffnungen<I>40C, 40B</I> und 40A schliesst; dadurch nimmt der freie Querschnitt für den begrenzten Flüssigkeitsstrom aus dem Arbeits kreislauf ab, und damit auch die umlaufende Flüssig keitsmenge durch den Kühler.
Bei der Ausführung gemäss Fig.3 sind der Kolben 33 und die Öffnungen 40A, 40B und 40C (Fig. 2) ersetzt durch ein Ventil mit einem konischen Ventilkörper 49, welcher durch eine Öffnung 50 in einem ringförmigen Glied 51 hindurchragt, welches das radial innere Ende des Ventilgehäuses 31 bildet. Die Öffnung 50 kann so angeordnet werden, dass sie teilweise offen ist, wenn sich der erste und zweite Schwimmer 37 und 39 in ihrer radial äussersten Lage befinden (Fig. 3), so dass im Betrieb jederzeit ein begrenzter Flüssigkeitsstrom aus dem Arbeits kreislauf durch die Öffnung 50 ins Innere des zylin drischen Ventilgehäuses 31 fliesst.
Es ist auch möglich, die Anordnung so zu tref fen, d.ass die Öffnung 50 geschlossen ist, wenn sich die Schwimmer in ihrer radial äussersten Lage be finden. In diesem Falle müssen ein oder mehrere separate, dauernd offene Löcher (Düsen 21 in Fig. 1) vorgesehen werden.
In der beschriebenen Anordnung gemäss Fig. 3 benötigt das Ventil keine zur Abstimmung auf die Pumpenraddrehzahl vorgesehene Feder. Es herrscht im weiteren über einen grossen Bereich der Schöpf- rohr-Einstellungen eine ungefähr lineare Abhängig keit zwischen der Schöpfrohrlage und dem be grenzten, aus dem Arbeitskreis ausfliessenden Flüs sigkeitsstrom. Dabei steigt die Menge durch den Arbeitskreis und den Kühler, wenn das Schöpf- rohr zurückgezogen wird, das heisst, wenn die Schöpf rohr-Mündung radial nach innen von der Peripherie der Sammelkammer weg, bewegt wird.