Hydraulische Kupplung für Arbeitsmaschinen Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kupp lung für Arbeitsmaschinen, bei der als Kupplungs elemente zwei einander gegenüberstehende, drehbar gelagerte Scheiben mit ringförmigen Vorsprüngen mit Keilprofil dienen, die in einem mit hochviskosem Öl gefüllten Gehäuse axial zueinander verschiebbar sind, wobei die ringförmigen Vorsprünge der einen Scheibe bei axialer Bewegung in die Ausnehmungen zwischen den ringförmigen Vorsprüngen der anderen Scheibe eintreten können.
Es ist bekannt, derartige Kupplungen als Ein- und Ausschaltkupplungen zwischen Motor und Getriebe anzuordnen, wobei jeweils zusätzlich eine mechani sche Konuskupplung vorgesehen ist, die am Ende der Einkupplungsbewegung eine mechanische Kupp lung herbeiführt.
Ziel der Erfindung ist es, eine hydraulische Kupplung der genannten Art zu schaffen, mit der es möglich ist, Arbeitsmaschinen mit stark drehzahl abhängigem Drehmoment - z. B. Lüfter für Kühl systeme, insbesondere für Kühler oder Wärmetau scher in Kraftfahrzeugen - in ihrer Drehzahl über einen Drehzahlbereich von Null bis zur maximalen Drehzahl der Antriebsmaschine zu regeln, wenn die Antriebsmaschine in ihrer Drehzahl ungeregelt oder unabhängig vom Drehzahlbedarf der Arbeitsma schine ist.
Bei einem solchen Lüfter sinkt das Drehmoment quadratisch mit der Drehzahl ab, die benötigte Lei stung fällt also nach der dritten Potenz; bei 50 Lüfterdrehzahl ist also nur noch eine Antriebsleistung von 12,5 % erforderlich.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei Lüftern, die über eine hydraulische Kupplung der genannten Art angetrieben werden, die Leerlaufdrehzahl des Lüfters relativ hoch ist, auch wenn die Keilflächen so weit axial voneinander entfernt stehen, dass sie sich senk recht zum Keil nicht mehr gegenüberstehen. Die Leerlaufdrehzahl lässt sich bei Verwendung eines hydraulischen Betriebs erfahrungsgemäss nicht unter 30-40 % der Eingangsdrehzahl der antreibenden Kupplungsscheibe vermindern. Diese Möglichkeit zu schaffen, ist eine Aufgabe der Erfindung.
Gemäss der Erfindung wird das genannte Ziel dadurch erreicht, dass die antreibende Scheibe axial unverschieblich angeordnet ist, die :axial verschie'bliche, angetriebene Scheibe fest mit dem angetriebenen Maschinenteil verbunden ist und dass an einem fest stehenden Maschinenteil eine zur Drehachse des an- getriebenen Maschinenteils konzentrische Kupplungs fläche vorgesehen ist, die mit einer entsprechenden Kupplungsfläche an dem umlaufenden Maschinenteil zusammenwirkt.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung ist es möglich, in einem hydraulischen Getriebe der ge nannten Art die Leerlaufdrehzahl bis auf Null zu verringern, d. h. das angetriebene Maschinenteil gänzlich zum Stillstand zu bringen.
Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Aus- führungsbeispiel dargestellt und im nach@stehanden im einzelnen anhand der Zeichnung näher be schrieben.
Fig. 1 zeigt im Längsschnitt einen umlaufenden Teil einer Arbeitsmaschine mit einer hydraulischen Kupplung gemäss der Erfindung. Oberhalb und unter halb der Mittellängsachse sind zwei verschiedene Kupplungseinstellungen veranschaulicht.
Fig.2 gibt ein Diagramm der Drehzahlkenn- linie einer Arbeitsmaschine wieder, die mit einer hydraulischen Kupplung gemäss der Erfindung aus gerüstet ist. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist in einem feststehenden Ständer 1 über Kugellager 11 eine Hohlwelle 2 drehbar gelagert, die auf ihrem einen Ende eine Keilriemenscheibe 12 trägt, die über einen Keilriemen 3 von einer beliebigen Antriebs maschine, beispielsweise dem Antriebsmotor eines Kraftfahrzeuges, angetrieben wird.
Auf dem gegenüberliegenden Ende der Welle 2 ist eine radiale Scheibe 13 befestigt, die auf ihrer einen Seite eine Reihe axial vorspringender keilför miger Ringe 4 trägt.
Im Inneren der Hohlwelle 2 ist über Lager 14 eine Welle 7 drehbar und axial verschieblich ge lagert, die an ihrem einen Ende mit einem Gehäuse 15 fest verbunden ist, das die Nabe einer umlaufen den Arbeitsmaschine 6 bildet, beispielsweise die Nabe eines Lüfters.
Das Gehäuse 15 trägt auf seiner den Spitzen der Keilringe 4 gegenüberliegenden Wandung 5 ana log den Keilringen 4 ausgebildete Keilring 16, die gegenüber den Keilringen 4 jeweils um eine halbe Teilung versetzt sind, so dass sie zwischen die Keil ringe 4 eintreten können.
Das Gehäuse 15 ist mit einem hochviskosen öl gefüllt, beispielsweise einem Silikon-öl, mit einer Zähigkeit von 200-1000 Centistokes. Zur Abdich tung des Gehäuses ist eine Dichtung 22 vorgesehen.
Die Mitnahme des Gehäuses 15 erfolgt mit Hilfe der Schubspannungen, die in dem öl zwischen ein ander gegenüberliegenden Flächen, insbesondere zwi schen den Keilflächen der Keilringe 4 und 16, auf treten. Die Schubspannung x errechnet sich dabei nach der Formel
EMI0002.0018
In dieser Formel ist q die dynamische Zähigkeit des öls, wo die Relativgeschwindigkeit zwischen den gegenüberstehenden Flächen und h der Abstand der sich gegenüberstehenden Flächen.
Aus der Schubspannung errechnet sich die über die Kupplung übertragene Kraft P=p#F Hierin ist T die gesamte Fläche, auf welche die Schubspannungen wirken.
Der Maschinenständer 1 ist mit einem axialen Vorsprung 17 versehen, der unter die Wandung 5 des Gehäuses 15 greift und mit einer Konusfläche 8 versehen ist, die mit einem entsprechenden Konus 18 am radial inneren Ende der Wandung 5 zu sammenwirkt. Bei einer Verschiebung des Gehäuses 15 nach rechts kommen die Konusflächen allmählich miteinander in Eingriff, bis schliesslich eine starre Kupplung erreicht ist. Dadurch wird das Gehäuse 15 bis zum Stillstand abgebremst.
Die Konstruktion kann dabei so ausgeführt werden, dass auch zwischen den Konusflächen 8 der Kupplung 17, 18 Öl vor handen ist, die Konusflächen wirken dann bereits vor ihrer mechanischen Berührung auf Grund der Schubspannungen des Öles als Bremse.
Zwischen der radialen Scheibe 13 und der Ge häusewandung 5 ist eine Schraubenfeder 25 vor gesehen, welche das Gehäuse 15 nach rechts zu drängen versucht in eine Stellung, in der die Konus flächen 17, 18 in Eingriff miteinander treten. Das Gehäuse 15 mit dem Lüfter 6 wird dadurch zwang läufig stillgesetzt. Die Feder stützt sich gegen die Scheibe 9 über ein Kugellager 10 ab, während sie an ihrem anderen Ende gegen den Boden eines topf artigen Gegenlagers 23 anliegt, der an seinem Rand mit einem Flansch 24 gegen einen Vorsprung der Wandung 5 anliegt.
Wie aus der beschriebenen Konstruktion hervor geht, ändert sich bei axialer Verschiebung des Ge häuses 15 sowohl der Abstand zwischen den einander gegenüberstehenden Keilflächen als auch die Grösse der Fläche. Durch diese beiden Variablen wird eine Kennlinie der Kupplung erreicht, die weitgehend mit der Kennlinie eines Lüfters übereinstimmt.
Durch die Schubspannung ausserhalb der Keil flächen, die beispielsweise zwischen der Gehäuse wandung und der Rückseite der Scheibe 13 auftritt, lässt sich die Leerlaufdrehzahl der Arbeitsmaschine nicht unter 30-40 % der Eingangsdrehzahl senken, wie in dem Diagramm nach Fig. 2 dargestellt. Hierin ist<I>n</I> die Drehzahl der Arbeitsmaschine und<I>x</I> der Abstand zwischen den Keilflächen. Bei einer An triebsdrehzahl a der Antriebsmaschine fällt ohne die Mittel der Erfindung die Lüfterdrehzahl bei Ver grösserung von<I>x</I> entsprechend der Kurve<I>b</I> ab, die bei n = 0,3 bis 0,4 @a in eine Gerade übergeht, die parallel zur Drehzahlgeraden a liegt.
Durch Anordnung der Kupplung 17, 18 wird erreicht, d'ass die Drehzahlkurve der Kurve c folgt, über die nach maximaler axialer Verschiebung des Gehäuses 15 durch Kupplungseingriff der Flächen 17, 18 die Drehzahl n = 0 für die Arbeitsmaschine erreicht wird.
Die Anordnung und Ausbildung der Keilflächen der Keilringe 4, 16 wird vorzugsweise so gewählt, dass die Keilflächen am Schluss der Kuppelbewegung mechanisch miteinander in Eingriff treten und so eine starre Kupplung bewirken, die jeglichen Schlupf zwischen der Scheibe 13 und dem Gehäuse 15 ver meidet. Um eine solche starre Kupplung zu ermög lichen, werden die Keilflächen der Keilringe mit einer Steigung steiler als 1:4 versehen. Um ein Entweichen der hochviskosen Flüssigkeit zwischen den Keilflächen zu ermöglichen, werden am Fuss der Keilringe zweckmässig radiale Bohrungen 19, 20 vorgesehen.
Um einen Übertritt der Flüssigkeit von einer Seite der Scheibe zur anderen während der Kupplung zu ermöglichen, ist die Scheibe 13 mit axialen Bohrungen 21 versehen.
Für die Betätigung der Kupplung kann ein üb liches Betätigungsgestänge vorgesehen werden, das auf die Stirnseite der Welle 7 arbeitet. Das. Gestänge kann dabei von Hand betätigt werden oder auch mit einer automatischen Steuerung versehen sein, die in Abhängigkeit von der Temperatur des Kühlers oder Wärmetauschers arbeitet, falls die mit der erfindungs gemässen Kupplung ausgerüstete Arbeitsmaschine ein Lüfter ist.
Es ist auch möglich, auf die Welle 7 direkt den Betätigungstalgen eines Thermostaten wirken zu las sen, wie in der Zeichnung dargestellt. Hier liegt der Balgen 26 mit seiner einen Stirnseite gegen die Stirnseite der Welle 7 an. Die Druckflüssigkeit wird dem Balgen über die Leitung 27 zugeführt.