CH620746A5

CH620746A5 -

Info

Publication number: CH620746A5
Application number: CH177177A
Authority: CH
Inventors: Waldemar Dipl Ing Armasow; Hans Lindenthal
Original assignee: Voith Getriebe Kg
Priority date: 1976-04-03
Filing date: 1977-02-14
Publication date: 1980-12-15
Also published as: US4073139A; FR2346601B1; DE2614476A1; DE2614476C2; GB1549149A; FR2346601A1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Danach handelt es sich um eine solche Kupplung, die einen äusseren Kreislauf für die Arbeitsflüssigkeit aufweist. Dieser kann dazu dienen, die Arbeitsflüssigkeit zu kühlen und/oder den Füllungsgrad des Kupplungs-Arbeitsraumes mit Hilfe einer ausserhalb der

Kupplung angeordneten Steuereinrichtung zu variieren, um hierdurch den Kupplungsschlupf zu verstellen.

Die im Anspruch 1 genannte zusätzliche Austrittsöffnung dient zur Begrenzung des von der Kupplung übertragbaren Drehmoments. Es ist bekannt (MTZ, Motortechnische Zeitschrift 1958, Seite 388, oder CH-PS 337 371), diese zusätzliche Austrittsöffnung im Bereich der Nabe eines der beiden Schaufelräder anzuordnen. Durch eine solche Öffnung kann bei ansteigendem Drehmoment und dementsprechend ansteigendem Kupplungsschlupf Arbeitsflüssigkeit aus der Kupplung austreten, eventuell unter Mitwirkung einer Umlenkschale. Auf diese Weise wird bei der bekannten Kupplung erreicht, dass sich diese bei einer plötzlichen Zunahme des Kupplungsschlupfes, d. h. bei einer plötzlichen Abnahme der Sekundärdrehzahl (z. B. beim Blockieren einer vom Sekundärrad anzutreibenden Schiffsschraube) rasch entleert. Dies hat unverzügliche Entlastung des Antriebs zur Folge. Insoweit hat sich die bekannte Kupplung durchaus bewährt.

Schwierigkeiten sind jedoch aufgetreten, wenn man eine solche Kupplung z. B. in einem Fahrzeug für die Drehmomentübertragung von einer Antriebsmaschine zu einem Kühlventilator einsetzen möchte. Es soll dort mit Hilfe der Kupplung einerseits die Drehzahl des Kühlventilators entsprechend der jeweils geforderten Kühlleistung eingestellt und andererseits wiederum das übertragbare Drehmoment begrenzt werden. Bei einem solchen Anwendungsfall wird ein plötzlicher Anstieg des Kupplungsschlupfes nicht — wie oben beschrieben — durch ein Abnehmen der Sekundärdrehzahl, sondern durch ein plötzliches Ansteigen der Antriebsmaschinen-Drehzahl, also der Primärdrehzahl der Kupplung sowie durch die verhältnismässig grosse Masse des Kühlventilator-Laufrades verursacht.

Insbesondere wenn zum Antrieb des Fahrzeuges ein vorzugsweise automatisches Lastschaltgetriebe (d. h. ein unter Last umschaltbares Getriebe) verwendet wird, dann ergeben sich beim Umschaltvorgang schlagartige Änderungen der Antriebsmaschinen-Drehzahl und damit der Primärdrehzahl der Kupplung. Besonders kritisch sind diese Verhältnisse beim Zurückschalten in einen niedrigeren Gang; hierbei findet eine derart plötzliche Zunahme der Primärdrehzahl der Kupplung statt, dass — bei Verwendung bekannter Kupplungs-Bauarten —das übertragene Drehmoment vorübergehend das 4- bis 8-fache des Nennmomentes betragen kann. Dieser hohe Wert, der zur Zerstörung von Antriebsbauteilen führen kann, ist erstaunlich, weil es doch zu den natürlichen Eigenschaften einer hydrodynamischen Kupplung gehört, gerade auch solche Drehmomentspitzen abzubauen und somit als Überlastschutz zu dienen.

Auch mit anderen bekannten Massnahmen zur Drehmo-ment-Begrenzung konnten keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden. Es ist z. B. bekannt, im radial inneren Bereich des Kupplungs-Arbeitsraumes einen Stauring vorzusehen, der bei kleinem Schlupf die Strömung der Arbeitsflüssigkeit un-beeinflusst lässt, der jedoch bei grösser werdendem Schlupf die Strömung stört und somit das übertragbare Drehmoment begrenzt (US-PS 2 301 645). Oder man ordnet radial innerhalb der Beschaufelung des Primärrades einen sogenannten Stauraum an, der direkt mit den Schaufelkanälen des Sekundärrades in Verbindung steht und daher bei grösser werdendem Schlupf einen Teil der Arbeitsflüssigkeit aufnehmen und somit dem Arbeitsraum entziehen kann, wodurch ebenfalls eine Drehmomentbegrenzung erreicht wird (US-PS 2 875 581).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung anzugeben, deren Arbeitsraum sich bei einer plötzlichen Drehzahländerung des Primärrades, insbesondere bei einer plötzlichen Drehzahlerhöhung, sehr rasch wenigstens teilweise entleert.

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Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass bei einer plötzlichen Drehzahlerhöhung des Primärrades ein Teil der Arbeitsflüssigkeit sehr rasch aus dem Arbeitsraum nach 5 aussen verdrängt wird. Die Arbeitsflüssigkeit strömt hierbei vom Primärrad unmittelbar in den ausserhalb des Arbeitsraumes in Richtung zur Kupplungsachse führenden Kanal und von dort über die zusätzliche Austrittsöffnung nach aussen. Die Arbeitsflüssigkeit tritt also bei diesem Entleervor- io gang vom Primärrad gar nicht erst wieder in die Schaufelkanäle des Sekundärrades ein. Dadurch gelingt es, die aus einer plötzlichen Erhöhung der Primärdrehzahl resultierende vorübergehende Zunahme des Drehmoments auf einen verhältnismässig niedrigen Wert zu begrenzen. 15

Eine Beschleunigung des Entleervorganges, ohne die Lei-stungszahl zu verschlechtern, kann dadurch erzielt werden, dass der Spalt zwischen den Schaufelradkörpern an deren äusserem Umfang grösser ist als der axiale Abstand zwischen den Schaufelkanten. Danach kann also durchaus abgewichen wer- 20 den von der üblichen Bauweise, bei der in jedem Schaufelrad die Stirnfläche des Schaufelradkörpers und die Schaufelkanten stets in ein und derselben Axnormalebene liegen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen: 25

Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine hydrodynamische Kupplung;

Fig. 2 eine Ansicht auf die Innenseite der Schale der in Fig. 1 gezeigten Kupplung in Richtung des Pfeiles II der Fi-gur 1; und

Figuren 2—5 Teillängsschnitte durch weitere unterschiedliche Ausführungen von hydrodynamischen Kupplungen.

Die hydrodynamische Kupplung gemäss den Figuren 1 und 2 umfasst ein Primärschaufelrad 11, das an einer hohlen 35 Antriebswelle 13 befestigt ist, und ein Sekundärschaufelrad 12, das an einer Abtriebswelle 14 befestigt ist. Mit dem Sekundärschaufelrad 12 ist eine Schale 15 verbunden, die das Primärschaufelrad 11 umhüllt. Die beiden Schaufelräder bilden miteinander in der üblichen Weise einen torusförmigen Ar- 4Q beitsraum. Dieser steht über einen zwischen den Schaufelrädern 11 und 12 befindlichen Spalt s mit einem zwischen der Schale 15 und dem Primärrad 11 gebildeten Zwischenraum in Leitungsverbindung.

Zum Füllen der Kupplung mit Arbeitsflüssigkeit weist das 45 Primärrad 11 auf seiner Rückseite eine Einfüllöffnung IIa auf. Dorthin führt eine in der Zeichnung nur symbolisch dargestellte Fülleitung 17 mit einer Pumpe 17a und einem Regelventil 17b. In der Schale ist eine Entleerleitung 16 angeordnet, die als eine düsenartige Dauerauslassöffnung ausge- 50 bildet ist. Die hier abströmende Flüssigkeit sammelt sich in einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) die Kupplung umgebenden Behälter, aus dem sie durch die Pumpe 17a wieder in die Kupplung zurückgeführt wird. Ein solcher äusserer Kreislauf für die Arbeitsflüssigkeit kann zu deren Kühlung 5J dienen; ausserdem kann durch Verstellen des Regelventils 17b der Füllungsgrad in der Kupplung variiert werden, um hierdurch den Kupplungsschlupf zu verändern.

Damit bei einer plötzlichen Drehzahlerhöhung des Primärschaufelrades 11 umgehend ein Teil der im Arbeitsraum be- 60 findlichen Flüssigkeit die Kupplung verlassen kann, um hierdurch das übertragbare Drehmoment zu begrenzen, weist die Schale 15 in ihrem radial innen liegenden Bereich einen Kranz grossvolumiger Austrittsöffnungen 18 auf. Ausserdem sind an der Innenseite der Schale mehrere radial verlaufende Rippen 6S 19 angeordnet. Die Zwischenräume zwischen diesen Rippen 19 und die Austrittsöffnungen 18 bilden somit zusätzliche Entleerleitungen, durch die aufgrund einer plötzlichen Steigerung des Druckes im Arbeitsraum eine sehr rasche Teilentleerung der Kupplung erfolgen kann.

Um hierbei den Übertritt der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in die Schale zu erleichtern, kann der Schaufelradkörper des Primärrades 11 an seinem äusseren Umfang von der innen liegenden Stirnseite her um einige mm abgedreht werden, so dass der Abstand a zwischen den beiden Schaufelradkörpern grösser ist als der Spalt s zwischen den Schaufelkanten.

Wie in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien dargestellt ist, können auf der Innenwand der Schale 15 zur weiteren Beschleunigung des Entleerungsvorganges Taschen 19a eingearbeitet werden, so dass das Volumen der zwischen den Rippen 19 befindlichen Entleerkanäle noch vergrössert wird.

Die Strömungsrichtung der Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsraum bei normalem Betrieb der Kupplung ist mit den Pfeilen 21 und 22 gekennzeichnet. Der sich hierbei in dem zwischen Primärrad 11 und Schale 15 gebildeten Zwischenraum einstellende Flüssigkeitsspiegel ist bei 9 angedeutet. Die gestrichelten Pfeile kennzeichnen dagegen den Strömungsweg der Arbeitsflüssigkeit bei einer plötzlichen Teilentleerung der Kupplung.

Anstelle der Rippen 19 und gegebenenfalls der Taschen 19a können auf der Innenseite der Schale 15 auch eine Vielzahl von radial verlaufenden und eng aneinander liegenden Rillen vorgesehen werden. In jedem Falle ist es zweckmässig, die Rückseite IIb des Primärrades 11 mit einer möglichst glatten Oberfläche zu versehen. Durch all diese Massnahmen kann dafür gesorgt werden, dass bei einer plötzlichen Drehzahlerhöhung des Primärrades 11 die zwischen diesem und der Schale 15 befindliche Arbeitsflüssigkeit zunächst nicht mit dem Primärrad in Umfangsrichtung beschleunigt wird, sondern die bisherige Umfangsgeschwindigkeit und damit den bisherigen fliehkraftabhängigen Druck beibehält. Dies trägt wesentlich zu einem raschen Teilentleeren der Kupplung bei.

Die in Fig. 3 dargestellte hydrodynamische Kupplung umfasst wiederum ein Primärschaufelrad 31 und ein Sekundärschaufelrad 32. Abweichend von der Ausführung nach den Figuren 1 und 2 weist diese Kupplung eine zweiteilige und somit doppelwandige Schale 34, 35 auf. Das innen liegende Schalenteil 34 besitzt einen Kranz von mehreren möglichst weit radial aussen liegenden Durchtrittsöffnungen 37, durch die der Raum zwischen den beiden Schalen 34 und 35 mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Leitungsverbindung steht. Der äussere Schalenteil 35 weist in seinem radial inneren Bereich eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 38 auf, die den Öffnungen 18 des Beispieles nach Fig. 1 und 2 entsprechen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Primärrad mit 41, das Sekundärrad mit 42 und eine wie bei den bekannten Kupplungen ausgebildete und am Sekundärrad 42 befestigte Schale mit 44 bezeichnet. Abweichend von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist an der Rückseite des Sekundärrades 42 eine zusätzliche Schale 45 befestigt, deren Innenraum mit dem Kupplungs-Arbeitsraum in Leitungsverbindung steht, und zwar über eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 47, die im radial äusseren Bereich des Sekundärrades 42 angeordnet sind. Die Schale 45 besitzt nur eine einzige zentrale Austrittsöffnung 48; stattdessen kann sie jedoch auch wie die zuvor beschriebenen Kupplungen einen Kranz mehrerer Austrittsöffnungen aufweisen.

Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine am Primärschaufelrad 51 befestigte und das Sekundärschaufelrad 52 umhüllende Schale 55 vorgesehen ist. Diese weist als Dauerauslass eine radial aussen liegende Entleerleitung 56 und zur Schnellentleerung einen radial innen liegenden Kranz von mehreren Austrittsöffnungen 58 auf. Auf der Rückseite des Sekundärrades 52 sind eine Vielzahl von radial verlaufenden Rippen 59 vorgesehen, die den gleichen Zweck erfüllen

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wie die Rippen 19 des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 und 2.

In allen Figuren ist mit D der grösste Durchmesser bezeichnet, bis zu dem sich die Austrittsöffnung 48 bzw. die Austrittsöffnungen 18, 38 bzw. 58 erstrecken. Der Durchmes- 5 ser D bestimmt das von der Kupplung übertragbare maximale Drehmoment.

Ob die Schale am Primär- oder am Sekundärschaufelrad befestigt ist, spielt grundsätzlich keine Rolle. Bevorzugt wird jedoch die Bauweise, bei der die Schale am Sekundärschaufelrad befestigt ist und das Primärschaufelrad umhüllt. Um nämlich im normalen Betrieb der Kupplung den eingangs genannten äusseren Kreislauf in Gang setzen zu können, muss im äusseren Bereich der Schale als Dauerauslass eine düsenartige Entleeröffnung vorgesehen werden, deren Durchtrittsmenge abhängig ist von der Drehzahl der Schale. Falls nun die Kupplung mit einer Regeleinrichtung zusammenarbeitet, die durch Variieren des Kupplungs-Füllungsgrades eine bestimmte Se-kundär-Drehzahl einregelt, ist ein stabiles Regelverhalten leichter erzielbar, wenn die Schale mit der Sekundärseite der Kupplung umläuft.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Hydrodynamische Kupplung mit zwei Schaufelrädern, nämlich einem Primärrad (11, 31, 41, 51) und einem Sekundärrad (12, 32, 42, 52), die miteinander einen torusförmigen, mit Arbeitsflüssigkeit füllbaren Arbeitsraum bilden, und mit einer Schale, die mit einem der Schaufelräder starr verbunden ist und das andere Schaufelrad umhüllt, wobei der zwischen der Schale und dem von ihr umhüllten Schaufelrad befindliche Zwischenraum mit dem Arbeitsraum in Leitungsverbindung steht, sowie mit einem zum Verändern des Füllungsgrades im Arbeitsraum dienenden äusseren Kühlkreislauf, der eine von ausserhalb der Kupplung in den Arbeitsraum führende Fülleitung (17) und eine vom Arbeitsraum wieder nach aussen führende, als Dauerauslass wirkende Entleerleitung (16, 56) aufweist, ferner mit wenigstens einer zusätzlichen, nur oberhalb eines festgelegten maximalen Kupplungs-Drehmomentes wirksamen Austrittsöffnung, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem sekundärseitigen Kupplungsbauteil (15, 35, 45, 55) angeordneter und vom radial äusseren Bereich des Schalen-Innenraumes ausserhalb des Arbeitsraumes in Richtung zur Kupplungsachse führender Kanal oder mehrere solcher Kanäle vorgesehen ist bzw. sind, und dass die zusätzliche^) Austrittsöffnung(en) (18, 38, 48, 58) am Ende des Kanals bzw. der Kanäle angeordnet ist bzw. sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zwischen den Schaufelradkörpern (11, 12) an deren äusserem Umfang grösser ist als der Spalt (s) zwischen den Schaufelkanten.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schale am Sekundärrad befestigt ist und das Primärrad umhüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (15) auf ihrer Innenseite etwa radial verlaufende Rippen (19) aufweist, die den zu der zusätzlichen Austrittsöffnung (18) führenden Kanal oder mehrere solcher Kanäle begrenzen (Fig. 1 und 2).

4. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schale am Sekundärrad befestigt ist und das Primärrad umhüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schale (34, 35) doppelwandig ausgeführt ist, wobei der Raum zwischen den Schalenwänden mit dem Arbeitsraum in Leitungsverbindung steht und den zu der zusätzlichen Austrittsöffnung (35) führenden Kanal bildet (Fig. 3).

5. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schale am Sekundärrad befestigt ist und das Primärrad umhüllt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Sekundärrades (42) eine weitere an diesem befestigte Schale (45) angeordnet ist, die mit dem Sekundärrad (42) einen Innenraum abgrenzt, der mit dem Arbeitsraum in Leitungsverbindung steht und den zu der zusätzlichen Austrittsöffnung (48) führenden Kanal bildet (Fig. 4).

6. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schale am Primärrad befestigt ist und das Sekundärrad umhüllt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Sekundärrades (52) etwa radial verlaufende Rippen (59) angeordnet sind, die den zu der zusätzlichen Austrittsöffnung (58) führenden Kanal oder mehrere solcher Kanäle bilden (Fig. 5).

7. Kupplung nach Anspruch 3 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (IIb) des Primärrades (11) bzw. die Innenwand der am Primärrad (51) befestigten Schale (55) eine glatte Oberfläche aufweist.