DE10255038A1 - Hydrodynamic coupling with scoops for driving heavy machinery has scoops of at least one scoop wheel with sharpened ends opposite those of other scoop wheel - Google Patents

Hydrodynamic coupling with scoops for driving heavy machinery has scoops of at least one scoop wheel with sharpened ends opposite those of other scoop wheel Download PDF

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DE10255038A1 DE2002155038 DE10255038A DE10255038A1 DE 10255038 A1 DE10255038 A1 DE 10255038A1 DE 2002155038 DE2002155038 DE 2002155038 DE 10255038 A DE10255038 A DE 10255038A DE 10255038 A1 DE10255038 A1 DE 10255038A1
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Reinhard Dr. Diele
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Abstract

The coupling has a driving scoop wheel (1) and a driven one. The wheels form a toroid working chamber and can have a flow circuit built up between them. Of the opposite scoops of the two wheels,, at least the scoops of one scoop wheel have the ends (1.3) of their scoops facing the scoops of the other scoop wheel sharpened.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to a hydrodynamic coupling according to the preamble of the claim 1.

Hydrodynamische Kupplungen, auch Turbokupplungen genannt, sind bekannt. Sie weisen zwei Schaufelräder auf, nämlich ein antreibendes Schaufelrad, auch Pumpenrad genannt, und ein angetriebenes Schaufelrad, auch Turbinenrad genannt, die miteinander eines torusförmigen Arbeitsraum ausbilden. Beide Schaufelräder umfassen eine Vielzahl von Schaufeln. Das erste Schaufelrad (Pumpenrad) ist mit einer Antriebswelle drehstarr verbunden, über welches es angetrieben werden kann. Das zweite Schaufelrad (Turbinenrad) ist mit einer Abtriebswelle verbunden, welche es antreibt. Der Arbeitsraum, der durch die beiden Schaufelräder gebildet wird, ist mit einem Strömungsmedium befällt beziehungsweise befüllbar. Die Schaufelräder sind derart gegenüberstehend angeordnet, dass zwischen ihnen ein Strömungskreislauf ausgebildet wird, dadurch dass das Arbeitsmedium zwischen den Schaufeln des angetriebenen Schaufelrades zentrifugal beschleunigt wird, so dass es radial nach Außen strömt, und dadurch dass das Arbeitsmedium anschließend zwischen den Schaufeln des antreibenden Schaufelrades wieder radial nach Innen strömt.Hydrodynamic clutches, too Turbo couplings are known. They have two paddle wheels namely a driving paddle wheel, also called an impeller, and a driven one Paddle wheel, also called turbine wheel, which together form a toroidal working space form. Both paddle wheels include a variety of blades. The first paddle wheel (impeller) is rigidly connected to a drive shaft via which it is driven can be. The second paddle wheel (turbine wheel) is with a Output shaft connected, which drives it. The work space through the two paddle wheels is formed with a flow medium befalls or fillable. The paddle wheels are so opposite arranged that a flow circuit is formed between them is that the working medium between the blades of the driven paddle wheel is accelerated centrifugally, so that it radially outward flows, and in that the working medium is then between the blades of the driving paddle wheel flows radially inwards again.

Hydrodynamische Kupplungen werden beispielsweise zum schonenden Antrieb schwerer Maschinen eingesetzt. Dabei ist man bestrebt, möglichst viel Drehmoment von der Antriebsseite der hydrodynamischen Kupplung auf die Abtriebsseite der hydrodynamischen Kupplung und damit von der antreibenden Maschine auf die angetriebene Maschine zu übertragen.Hydrodynamic clutches are used, for example, for the gentle drive of heavy machinery. One tries to do as much as possible Torque from the drive side of the hydrodynamic clutch the output side of the hydrodynamic clutch and thus from the transferring the driving machine to the driven machine.

Es sind auch andere hydrodynamische Strömungsmaschinen bekannt, beispielsweise hydrodynamische Wandler und hydrodynamische Retarder (Strömungsbremsen). Der hydrodynamische Wandler unterscheidet sich im Aufbau und in der Funktionsweise wesentlich von der hydrodynamischen Kupplung, da hier mindestens ein zusätzliches Leitschaufelrad vorgesehen ist, mittels dessen der Anteil des vom antreibenden Schaufelrad auf das angetriebene Schaufelrad übertragene Drehmoment variiert werden kann. Bei der hydrodynamischen Kupplung hingegen wird grundsätzlich das gesamte an dem antreibenden Schaufelrad anliegende Drehmoment auf das angetriebene Schaufelrad übertragen.There are other hydrodynamic ones too Turbomachinery known, for example hydrodynamic converters and hydrodynamic Retarders (flow brakes). The hydrodynamic converter differs in structure and in the functionality essentially of the hydrodynamic clutch, there at least one additional one Guide vane wheel is provided, by means of which the proportion of the driving impeller transferred to the driven impeller Torque can be varied. With the hydrodynamic clutch, however basically the total torque applied to the driving impeller transferred to the driven paddle wheel.

Auch hydrodynamische Bremsen unterscheiden sich in ihrem Aufbau und in ihrer Funktionsweise wesentlich von hydrodynamischen Kupplungen. Sie dienen nämlich nicht der Übertragung von Antriebsleistung, das heißt von Drehmoment und Drehzahl. Vielmehr soll mit ihnen mechanische Energie „vernichtet", das heißt in Wärmeenergie umgewandelt werden, was dadurch erfolgt, dass ein angetriebenes Schaufelrad in einem Arbeitsraum gegenüber einem feststehenden Schaufelrad angeordnet ist. Solche Retarder weisen keinen eigentlichen Betriebspunkt auf. Turbokupplungen hingegen dienen dazu, mechanische Energie von einer Antriebsseite mit einer Antriebsmaschine auf eine Abtriebsseite mit einer angetriebenen Maschine zu übertragen, wobei möglichst wenig mechanische Energie zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite in der hydrodynamischen Kupplung „vernichtet", das heißt in Wärme umgewandelt werden soll.Also differentiate between hydrodynamic brakes differ significantly in their structure and in their functioning hydrodynamic couplings. They are not used for transmission of drive power, that is of torque and speed. Rather, they are intended to be mechanical Energy "destroys", that is, in thermal energy be converted, which is done by having a powered Paddle wheel in a work area opposite a fixed paddle wheel is arranged. Such retarders have no actual operating point on. Turbo couplings, on the other hand, serve to transfer mechanical energy from a drive side with a drive machine on an output side to transmit with a driven machine, where possible little mechanical energy between drive side and output side "destroyed" in the hydrodynamic clutch, that is, converted into heat shall be.

Bei hydrodynamischen Kupplungen besteht heutzutage immer noch das Problem, dass zuviel Verlustleistung in der hydrodynamischen Kupplung entsteht und damit der Wirkungsgrad nicht optimal ist.With hydrodynamic clutches exists today still the problem that too much power loss in the hydrodynamic Coupling is created and the efficiency is not optimal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung anzugeben, welche einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist.The invention has for its object a specify hydrodynamic coupling, which is a particularly high Has efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This task is accomplished through a hydrodynamic Coupling with the features of claim 1 solved. Describe the dependent claims particularly advantageous developments of the invention.

Die hydrodynamische Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberstehenden Schaufeln des antreibenden Schaufelrades, auch Pumpenrad genannt, und des angetriebenen Schaufelrades, auch Turbinenrad genannt, angespitzt sind, und zwar wenigstens die Schaufeln eines der Schaufelräder, Pumpenrad oder Turbinenrad, an dem Ende, welches dem anderen Schaufelrad gegenübersteht. Man könnte auch sagen, diese Schaufelenden sind spitz zulaufend ausgebildet.The hydrodynamic clutch according to the present Invention is characterized in that the opposing Paddles of the driving paddle wheel, also called pump impeller, and the driven paddle wheel, also called turbine wheel, pointed are, namely at least the blades of one of the paddle wheels, impeller or turbine wheel, at the end facing the other paddle wheel. you could also say these blade ends are tapered.

Die Erfinder haben nämlich erkannt, dass das Anspitzen der Schaufeln bei einer Turbokupplung zur Folge hat, dass bei gleicher Antriebsdrehzahl und gleichem Abtriebsmoment sich die Antriebdrehzahl erhöht. Dies wiederum bedeutet weniger Schlupf und damit weniger Verlustleistung, das heißt weniger „vernichtete" (in Wärme umgewandelte) mechanische Energie. Damit kann eine höhere Leistungszahl erreicht werden. Die Leistungszahl ist definiert als:

Figure 00030001
mit MP: Drehmoment des Pumpenrades
ρ: Dichte des Arbeitsmediums
D: Kreislaufdurchmesser
ωP: Winkelgeschwindigkeit der PumpeThis is because the inventors have recognized that the sharpening of the blades in a turbo coupling results in the drive speed increasing at the same input speed and the same output torque. This in turn means less slip and thus less power loss, that is, less "destroyed" (converted into heat) mechanical energy. This means that a higher coefficient of performance can be achieved.
Figure 00030001
with M P : torque of the pump wheel
ρ: density of the working medium
D: circuit diameter
ω P : angular velocity of the pump

Als besonders vorteilhaft hat sich eine Ausführung herausgestellt, bei der die sich gegenüberstehenden Schaufelenden beider Schaufelräder spitz zulaufend ausgebildet sind. Die spitz zulaufende Form eines Schaufelendes kann dabei dadurch ausgebildet sein, dass eine der beiden Schaufeloberflächen an ihrem Ende gegenüber einer Mittellinie, welche man durch die Schaufel vom Schaufelradboden zum angespitzten Ende legt, angeschrägt ist. Man könnte auch sagen, das Schaufelende ist mit einer Phase versehen.An embodiment has proven to be particularly advantageous in which the opposing blade ends of the two blade wheels are designed to taper. The tapered shape of a blade end can be formed in that one of the two blade surfaces at its end with respect to a center line, wel che is placed through the bucket from the bottom of the bucket wheel to the pointed end, is chamfered. You could also say that the end of the blade has a phase.

Ein besonders hoher Wirkungsgrad, das heißt die besonders verlustarme Übertragung eines Drehmomentes vom Pumpenrad auf das Turbinenrad, kann dadurch erreicht werden, dass die Anschrägung der Schaufelenden, das heißt die Phase der Schaufelenden einen Winkel im Bereich von 10 bis 35 Grad gegenüber der Mittellinie aufweist. Ein überraschend hoher Wirkungsgrad hat sich bei einem Winkel von 15 Grad ergeben. Auch ein Winkel von 30 Grad lieferte noch bessere Ergebnisse als bekannte Ausführungen.A particularly high efficiency, this means the particularly low-loss transmission a torque from the pump wheel to the turbine wheel, can be achieved that the bevel the blade end, that is the phase of the blade ends has an angle in the range of 10 to 35 Degrees versus Has center line. A surprising one high efficiency has resulted at an angle of 15 degrees. An angle of 30 degrees also gave better results than known designs.

Die Schaufelenden können auch dadurch spitz ausgebildet sein, dass beide Schaufeloberflächen an ihrem Ende gegenüber der oben beschriebenen Mittellinie schräg ausgebildet sind. Auch dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schrägen einen spitzen Winkel von 10 bis 35 Grad bilden. Auch hier hat sich ein überraschend großer Wirkungsgrad herausgestellt, wenn ein Winkel von 15 Grad vorgesehen ist. Auch ein Winkel mit 30 Grad lieferte wiederum gegenüber bekannten Ausführungen von hydrodynamischen Kupplungen erhöhte Wirkungsgrade.The blade ends can too be pointed so that both blade surfaces on towards its end the center line described above are formed obliquely. Also there it is particularly advantageous if the bevels have an acute angle of Form 10 to 35 degrees. Here, too, has a surprisingly high level of efficiency highlighted when an angle of 15 degrees is provided. Also an angle of 30 degrees again provided compared to known designs increased efficiency of hydrodynamic couplings.

Besonders vorteilhaft sind die Schaufeln beider Schaufelräder spießend gegeneinander ausgerichtet, das heißt sie fluchten miteinander und sind gegenüber der Drehrichtung der Schaufelräder mit einem Winkel ungleich 90 Grad ausgerichtet.The blades are particularly advantageous both paddle wheels spießend aligned with each other, that is, they are aligned and are opposite the direction of rotation of the paddle wheels aligned with an angle not equal to 90 degrees.

Die Erfinder haben weiterhin erkannt, dass es besonders vorteilhaft im Hinblick auf den Wirkungsgrad und die Schaufelfestigkeit ist, wenn lediglich der Anströmbereich einer Schaufel angespitzt ist, während der Abströmbereich einer Schaufel eine größere Dicke als der Anströmbereich aufweist und insbesondere im wesentlichen nicht angespitzt sondern stumpf ausgeführt ist. Bei Retardern sind die Schaufeln nämlich sehr stark durch aufgeprägte Spannungen beansprucht, was insbesondere bei zu dünn ausgeführten Schaufeln zu einem Schaufelbruch führen kann. Eine spitzwinklige Anspitzung über in radialer Richtung gesehen der gesamten Schaufellänge könnte daher womöglicherweise die Bruchgefahr erhöhen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind Maßnahmen im Bereich des Innendurchmessers des Schaufelprofils des Pumpenrads getroffen, um eine Gefährdung des Schaufelrades beziehungsweise der Schaufel des Pumpenrades durch zu große auftretende Spannungen zu minimieren. Diese Maßnahmen können zum Beispiel das Vorsehen einer Entlastungsnut insbesondere unmittelbar radial innen benachbart zur angespitzten Schaufelkante des Pumpenrads sein. Als alternative Möglichkeit kann auf eine solche Entlastungsnut verzichtet werden, und dafür ist ein vorbestimmter Abstand zwischen dem Bereich der angespitzten Schaufelkante des Pumpenrades und dem Innendurchmesser des Schaufelprofils des Pumpenrades vorgesehen. In diesem Bereich zwischen angespitzter Schaufelkante und Innendurchmesser des Schaufelprofils weist die Schaufelkante eine größere Dicke als im angespitzten Bereich auf, wobei der Abstand insbesondere das zwei- bis dreifachen der Schaufeldicke entspricht.The inventors further recognized that it is particularly advantageous in terms of efficiency and the blade strength is when only the inflow area a shovel is sharpened while the outflow area a shovel of greater thickness than the inflow area has and in particular essentially not pointed but executed blunt is. With retarders, the blades are very strong due to the applied stresses claims, which leads to a blade breakage, particularly in the case of blades that are too thin to lead can. An acute-angled point seen over in the radial direction the entire blade length could therefore possibly increase the risk of breakage. According to one another advantageous embodiment the invention measures in Area of the inner diameter of the impeller blade profile taken to endanger the Paddle wheel or the blade of the pump wheel through too big to minimize occurring tensions. These measures can include provision a relief groove in particular immediately adjacent radially inside to the pointed blade edge of the impeller. As alternative possibility such a relief groove can be dispensed with, and that is why predetermined distance between the area of the pointed blade edge of the impeller and the inner diameter of the blade profile of the impeller intended. In this area between the pointed blade edge and the inner diameter of the blade profile has a blade edge greater thickness than in the pointed area, the distance in particular that corresponds to two to three times the blade thickness.

Die Erfindung soll nun nachfolgend anhand von besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden.The invention is now intended to follow based on particularly advantageous embodiments with the associated drawings to be discribed.

Es zeigen:Show it:

1 einen Ausschnitt aus einem Schaufelrad einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung mit angespitzten Schaufeln; 1 a section of a paddle wheel of a hydrodynamic clutch according to the invention with pointed blades;

2 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung mit unterschiedlich angespitzten Schaufelenden des antreibenden Schaufelrades und des angetriebenen Schaufelrades; 2 a section of a hydrodynamic clutch according to the invention with differently pointed blade ends of the driving blade wheel and the driven blade wheel;

3 den Leistungszahlverlauf über dem Schlupf einer hydrodynamischen Kupplung mit nicht angespitzten Schaufeln; 3 the coefficient of performance curve over the slip of a hydrodynamic clutch with non-pointed blades;

4 den Leistungszahlverlauf über dem Schlupf einer hydrodynamischen Kupplung mit angespitzten Schaufeln, wobei die Schaufelenden einen Winkel von 30 Grad aufweisen; 4 the coefficient of performance curve over the slip of a hydrodynamic clutch with pointed blades, the blade ends having an angle of 30 degrees;

5 den Leistungszahlverlauf über dem Schlupf einer hydrodynamischen Kupplung mit angespitzten Schaufeln, wobei die Schaufelenden einen Winkel von 15 Grad aufweisen; 5 the coefficient of performance curve over the slip of a hydrodynamic clutch with pointed blades, the blade ends having an angle of 15 degrees;

6 einen relativen Vergleich der Leistungszahlen über dem Schlupf aus den 3, 4 und 5; 6 a relative comparison of the performance figures over the slip from the 3 . 4 and 5 ;

7 einen absoluten Vergleich der Leistungszahlen über dem Schlupf aus den 3, 4 und 5; 7 an absolute comparison of the performance figures over the slip from the 3 . 4 and 5 ;

8 einen Axialschnitt durch einen Teilbereich einer vorteilhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung, bei der die Schaufelkanten nicht über ihrer gesamten radialen Länge angespitzt sind. 8th an axial section through a portion of an advantageous embodiment of a hydrodynamic coupling according to the invention, in which the blade edges are not tapered over their entire radial length.

In 1 erkennt man den Ausschnitt eines Schaufelrades mit angespitzten Schaufeln. Die Ansicht ist als Schnitt senkrecht zur Strömung im Strömungskanal zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad ausgeführt. Man erkennt deutlich die gegenüber dem Laufradboden 1.2 schräg gestellten Schaufeln 1, deren vom Laufradboden entferntes Ende 1.3 mittels einer Phase angeschrägt ist. Die Anschrägung bildet gegenüber der nicht angeschrägten Oberfläche jeder Schaufel 1 einen Winkel β aus. Man könnte auch sagen, die angeschrägte Oberfläche bildet mit den dargestellten Mittellinien durch die Schaufeln einen Winkel aus.In 1 you can see the cutout of a paddle wheel with pointed blades. The view is designed as a section perpendicular to the flow in the flow channel between the pump wheel and the turbine wheel. You can clearly see the one opposite the wheel base 1.2 inclined blades 1 , the end of which is away from the impeller bottom 1.3 is chamfered by means of a phase. The bevel forms in relation to the non-beveled surface of each blade 1 an angle β. One could also say that the beveled surface forms an angle with the center lines shown through the blades.

2 zeigt einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung mit angespitzten Schaufeln, wobei ein Teilbereich des Pumpenrades – antreibendes Schaufelrad 1 – und des Turbinenrades – angetriebenes Schaufelrad 2 – dargestellt ist. Das antreibende Schaufelrad 1 und das angetriebene Schaufelrad 2 weisen jeweils eine Vielzahl von Schaufeln 1.1, 2.2 auf, welche spießend zueinander angeordnet sind. Beide Schaufelräder 1, 2 weisen jeweils einen Laufradboden 1.2, 2.2 auf, von dem aus eine Mittellinie 3 in Richtung der angespitzten Enden 1.3, 2.3 der Schaufeln dargestellt ist. 2 shows a section of a hydrodynamic clutch according to the invention with pointed blades, a portion of the Impeller - driving paddle wheel 1 - and the turbine wheel - driven paddle wheel 2 - is shown. The driving paddle wheel 1 and the driven paddle wheel 2 each have a plurality of blades 1.1 . 2.2 on which are arranged so that they are mutually exclusive. Both paddle wheels 1 . 2 each have an impeller base 1.2 . 2.2 on, from which a center line 3 towards the pointed ends 1.3 . 2.3 the blades are shown.

Die Drehrichtung beider Schaufelräder 1, 2 ist durch den Pfeil 6 angedeutet.The direction of rotation of both paddle wheels 1 . 2 is through the arrow 6 indicated.

Die Schaufeln 1.1 des antreibenden Schaufelrades 1 und die Schaufeln 2.1 des angetriebenen Schaufelrades 2 sind auf unterschiedliche Weise angespitzt. Wie man sieht, weisen die Schaufelenden 1.3 des antreibenden Schaufelrades 1 jeweils eine angeschrägte Oberfläche auf, während die Schaufelenden 2.3 des angetriebenen Schaufelrades 2 jeweils zwei angeschrägte Oberflächen aufweisen. Die Oberfläche auf der Druckseite des antreibenden Schaufelrades ist mit 4 gekennzeichnet, während die Oberfläche auf der Saugseite des angetriebenen Schaufelrades mit 5 gekennzeichnet ist.The shovels 1.1 of the driving paddle wheel 1 and the shovels 2.1 of the driven paddle wheel 2 are sharpened in different ways. As you can see, the blade ends point 1.3 of the driving paddle wheel 1 each have a beveled surface while the blade ends 2.3 of the driven paddle wheel 2 each have two bevelled surfaces. The surface on the pressure side of the driving impeller is marked 4, while the surface on the suction side of the driven impeller is marked 5.

Der zwischen dem antreibenden Schaufelrad 1 und dem angetriebenen Schaufelrad 2 ausgebildete Strömungskreislauf, mittels welchem das Drehmoment vom Schaufelrad 1 auf das Schaufelrad 2 übertragen wird, ist durch den Pfeil 7 und die daneben angeordneten Strömungsverlaufszeichen angedeutet.The one between the driving paddle wheel 1 and the driven paddle wheel 2 trained flow circuit, by means of which the torque from the paddle wheel 1 on the paddle wheel 2 is transmitted is by the arrow 7 and the flow course symbols arranged next to it are indicated.

3 zeigt die Leistungszahl (dimensionslos) über dem Schlupf von 0 bis 100 Prozent einer hydrodynamischen Kupplung ohne angespitzte Schaufeln gemäß des Standes der Technik. Wie man sieht, ist die Darstellung derart ausgewählt, dass bei 0 Prozent Schlupf eine Leistungszahl von 0 vorliegt, während bei 100 Prozent Schlupf eine Leistungszahl von 100 vorliegt. 3 shows the coefficient of performance (dimensionless) over the slip from 0 to 100 percent of a hydrodynamic clutch without pointed blades according to the prior art. As can be seen, the representation is selected in such a way that with 0 percent slip there is a coefficient of performance of 0, while with 100 percent slip there is a coefficient of performance of 100.

4 zeigt im Vergleich zur 3 eine Leistungszahl einer hydrodynamischen Kupplung mit angespitzten Schaufeln, wobei die Phasen der Schaufeln einen Winkel β von 30 Grad aufweisen. Hier ergibt sich eine Leistungszahl, die von 0 bei 0 Prozent Schlupf bis auf 180 bei 100 Prozent Schlupf ansteigt. 4 shows compared to 3 a coefficient of performance of a hydrodynamic coupling with pointed blades, the phases of the blades having an angle β of 30 degrees. This results in a coefficient of performance that increases from 0 with 0 percent slip to 180 with 100 percent slip.

5 zeigt eine ähnliche Darstellung, wie die 4, allerdings ist hier eine hydrodynamische Kupplung mit angespitzten Schaufeln und einem Winkel β an den Enden der Schaufeln von 15 Grad zugrunde gelegt. Wie man sieht, steigt hier die Leistungszahl von 0 bei 0 Prozent Schlupf auf ca. 470 bei 100 Prozent Schlupf an. 5 shows a representation similar to that 4 , however, here a hydrodynamic coupling with pointed blades and an angle β at the ends of the blades of 15 degrees is used. As you can see, the coefficient of performance increases from 0 with 0 percent slip to approx. 470 with 100 percent slip.

In 6 ist eine relative Leistungszahl über dem Schlupf aufgetragen, wobei die Leistungszahlen der Konfigurationen aus den 3, 4 und 5 in einem Diagramm angeordnet sind. Die Reihe 1 zeigt die Leistungszahl einer hydrodynamischen Kupplung ohne Schaufelanspitzung, die Reihe 2 die Leistungszahl bei einem Winkel am Ende der Schaufeln von 30 Grad und die Reihe 3 eine Leistungszahl, welche einer Konfiguration mit einem Winkel β an den Schaufelenden von 15 Grad entspricht.In 6 a relative coefficient of performance is plotted over the slip, the coefficient of performance of the configurations from the 3 . 4 and 5 are arranged in a diagram. The series 1 shows the coefficient of performance of a hydrodynamic coupling without blade tip, the series 2 the coefficient of performance at an angle at the end of the blades of 30 degrees and the row 3 a coefficient of performance which corresponds to a configuration with an angle β at the blade ends of 15 degrees.

7 zeigt nochmals dieselben Reihen in einem Diagramm, wobei die Leistungszahlen diesmal wiederum absolut, wie in den 3 bis 5, dargestellt sind. Wie man sieht, überragt die Leistungszahl der Konfiguration mit 15 Grad Winkel bei jedem Schlupf erheblich die Leistungszahlen der beiden anderen Konfigurationen (Winkel von 30 Grad beziehungsweise nicht angespitzte Schaufeln). 7 shows the same rows again in a diagram, the performance figures again this time as in the 3 to 5 , are shown. As you can see, the coefficient of performance of the configuration with a 15 degree angle for each slip significantly exceeds the coefficient of performance of the other two configurations (angle of 30 degrees or non-pointed blades).

Die 8 zeigt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung. Wie man sieht, sind sowohl die Schaufelkante in radialer Richtung gesehen des Pumpenrades als auch des Turbinenrades nicht über ihre gesamte Länge angespitzt. Vielmehr ist die Schaufel des Pumpenrades (antreibendes Schaufelrad 1) vom Innendurchmesser D; des Schaufelprofils bis zum Durchmesser der Ringflächenmitte Dm angespitzt, während die Schaufel des Turbinenrades (angetriebenes Schaufelrad 2) vom Durchmesser Dm bis zum äußeren Durchmesser des Schaufelprofils DA angespitzt ist. Diese beiden bezeichneten und in der Figur schraffiert dargestellten Bereiche sind nämlich ausschließlich die Bereiche, welche vom Strömungsmedium des Strömungskreislaufes angeströmt werden. Der Durchmesser der Ringflächenmitte Dm teilt dabei die Ringflächen des Schaufelprofils in zwei gleich große Teile auf.The 8th shows a particularly advantageous embodiment of a hydrodynamic clutch according to the invention. As can be seen, both the blade edge of the pump wheel and the turbine wheel, viewed in the radial direction, are not sharpened over their entire length. Rather, the blade of the pump wheel (driving blade wheel 1 ) of the inner diameter D; of the blade profile up to the diameter of the ring surface center D m , while the blade of the turbine wheel (driven blade wheel 2 ) from the diameter Dm to the outer diameter of the blade profile D A. These two designated areas, which are shown hatched in the figure, are only the areas which are flowed against by the flow medium of the flow circuit. The diameter of the ring surface center Dm divides the ring surfaces of the blade profile into two parts of equal size.

In den 8a und 8b ist nochmals besonders der Übergang auf der Innenseite des Strömungskreislaufes zwischen der Schaufel des Pumpenrades und dem Pumpenradgehäuse dargestellt, das heißt der Bereich um den Innendurchmesser Di des Schaufelprofils des Pumpenrads. Hier sind, wie bereits oben beschrieben wurde, besondere Maßnahmen vorgesehen, um die Festigkeit zu steigern. Insbesondere der Bereich zwischen dem inneren radialen Schaufelende und dem Schaufelfuß beziehungsweise dem Schaufelgehäuse sind ohnehin mechanisch stark beansprucht. Eine Anschärfung des radial inneren Bereiches der Pumpenschaufel könnte zu einer Schwächung dieses Bereiches führen. Daher ist in einer ersten Ausführung gemäß der 8a vorgesehen, eine Entlastungsnut 8 benachbart radial innerhalb des Abschlusses des Schaufelprofils des antreibenden Schaufelrads 1 vorzusehen. In einer zweiten Ausführung gemäß der 8b ist ein Abstand zwischen dem angeschrägten Bereich des Pumpenrades und dem Schaufelfuß oder dem Schaufelgehäuse beziehungsweise zwischen dem angespitzten Bereich der Pumpenschaufelkante und dem radial inneren Durchmesser Di des Schaufelprofils vorgesehen. Dieser Abstand 9 kann insbesondere das zwei- bis dreifache der Schaufeldicke im nicht angespitzten Bereich betragen.In the 8a and 8b the transition on the inside of the flow circuit between the blade of the pump wheel and the pump wheel housing is shown in particular, that is to say the area around the inner diameter D i of the blade profile of the pump wheel. As already described above, special measures are provided here to increase the strength. In particular, the area between the inner radial blade end and the blade root or the blade housing are mechanically stressed anyway. Sharpening the radially inner area of the pump blade could weaken this area. Therefore, in a first embodiment according to the 8a provided a relief groove 8th adjacent radially within the end of the blade profile of the driving blade wheel 1 provided. In a second embodiment according to the 8b there is a distance between the bevelled area of the pump wheel and the blade root or the blade housing or between the pointed area of the pump blade edge and the radially inner diameter D i of the blade profile. This distance 9 can in particular be two to three times the blade thickness in the non-pointed area.

11
antreibendes Schaufelraddriving paddle wheel
22
angetriebenes Schaufelradpowered paddle wheel
1.1, 2.11.1 2.1
Schaufelnshovel
1.2, 2.21.2 2.2
Laufradbodenrotor base
1.3, 2.31.3 2.3
Schaufelendenblade ends
33
Mittellinie einer Schaufelcenter line a shovel
44
druckseitige Schaufeloberflächepressure side blade surface
55
saugseitige Schaufeloberflächesuction blade surface
66
Drehrichtungdirection of rotation
77
Strömungsrichtungflow direction
88th
Entlastungsnutrelief
99
Abstanddistance

Claims (11)

Hydrodynamische Kupplung 1.1 mit einem antreibenden Schaufelrad (1), das eine Vielzahl von Schaufeln (1.1) aufweist, und 1.2 mit einem angetriebenen Schaufelrad (2), das eine Vielzahl von Schaufeln (2.1) aufweist, wobei 1.3 beide Schaufelräder (1, 2) miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden und derart sich gegenüberstehend angeordnet sind, dass zwischen ihnen ein Strömungskreislauf ausgebildet werden kann, mit dem das antreibende Drehmoment von dem antreibenden Schaufelrad (1) auf das angetriebene Schaufelrad (2) übertragen wird; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 von den sich gegenüberstehenden Schaufeln (1.1, 2.1) des antreibenden Schaufelrades (1) und des angetriebenen Schaufelrades (2) wenigstens die Schaufeln eines Schaufelrades an ihren den Schaufeln des anderen Schaufelrades zugewandten Enden (1.3, 2.3) spitz zulaufend ausgebildet sind.Hydrodynamic coupling 1.1 with a driving paddle wheel ( 1 ) which has a variety of blades ( 1.1 ), and 1.2 with a driven paddle wheel ( 2 ) which has a variety of blades ( 2.1 ), with 1.3 both paddle wheels ( 1 . 2 ) form a toroidal working space with each other and are arranged opposite each other in such a way that a flow circuit can be formed between them, with which the driving torque from the driving paddle wheel ( 1 ) on the driven paddle wheel ( 2 ) is transmitted; characterized in that 1.4 of the opposing blades ( 1.1 . 2.1 ) of the driving paddle wheel ( 1 ) and the driven paddle wheel ( 2 ) at least the blades of one impeller at their ends facing the blades of the other impeller ( 1.3 . 2.3 ) are tapered. Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich gegenüberstehenden Enden (1.3, 2.3) der Schaufeln (1.1, 2.1) beider Schaufelräder (1, 2) spitz zulaufend ausgebildet sind.Hydrodynamic coupling according to claim 1, characterized in that the opposite ends ( 1.3 . 2.3 ) of the blades ( 1.1 . 2.1 ) of both paddle wheels ( 1 . 2 ) are tapered. Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die spitz zulaufenden Enden (1.3, 2.3) dadurch ausgebildet sind, dass eine der beiden Schaufeloberflächen (4, 5) an ihrem Ende gegenüber einer Mittellinie (3) durch die Schaufeln vom Schaufelradboden (1.2, 2.2) zum angespitzten Ende (1.3, 2.3) der Schaufeln (1.1, 2.1) angeschrägt, das heißt mit einer Phase versehen ist.Hydrodynamic coupling according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pointed ends ( 1.3 . 2.3 ) are formed in that one of the two blade surfaces ( 4 . 5 ) at its end opposite a center line ( 3 ) by the blades from the bottom of the paddle wheel ( 1.2 . 2.2 ) to the pointed end ( 1.3 . 2.3 ) of the blades ( 1.1 . 2.1 ) beveled, that is, provided with a phase. Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Phase einen Winkel im Bereich von 10 bis 35 Grad gegenüber der Schaufelmittellinie (3) aufweist, vorzugsweise einen Winkel von 30 Grad, besonders vorzugsweise einen Winkel von 15 Grad.Hydrodynamic coupling according to claim 3, characterized in that the phase an angle in the range of 10 to 35 degrees with respect to the blade center line ( 3 ), preferably an angle of 30 degrees, particularly preferably an angle of 15 degrees. Hydrodynamische Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die spitz zulaufenden Enden (1.3, 2.3) dadurch ausgebildet sind, dass beide Schaufeloberflächen (4, 5) an ihrem Ende gegenüber einer Mittellinie (3) durch die Schaufeln (1.1, 2.1) vom Schaufelradboden (1.2, 2.2) zum angespitzten Ende (1.3, 2.3) der Schaufeln (1.1, 2.1) angeschrägt sind.Hydrodynamic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the pointed ends ( 1.3 . 2.3 ) are formed in that both blade surfaces ( 4 . 5 ) at its end opposite a center line ( 3 ) through the blades ( 1.1 . 2.1 ) from the paddle wheel bottom ( 1.2 . 2.2 ) to the pointed end ( 1.3 . 2.3 ) of the blades ( 1.1 . 2.1 ) are chamfered. Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden angeschrägten Schaufeloberflächen (4, 5) einen Winkel im Bereich von 10 bis 35 Grad bilden, vorzugsweise einen Winkel von 30 Grad, besonders vorzugsweise einen Winkel von 15 Grad.Hydrodynamic coupling according to claim 5, characterized in that the two beveled blade surfaces ( 4 . 5 ) form an angle in the range of 10 to 35 degrees, preferably an angle of 30 degrees, particularly preferably an angle of 15 degrees. Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (1.1, 2.1) der beiden Schaufelräder (1, 2) spießend gegeneinander ausgerichtet sind.Hydrodynamic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the blades ( 1.1 . 2.1 ) of the two paddle wheels ( 1 . 2 ) are aligned towards each other. Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (1.1, 2.1) ausschließlich über einen Teilbereich ihres radial nach außen verlaufenden Bereiches der Schaufelenden (1.3, 2.3) spitz zulaufend ausgebildet sind.Hydrodynamic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the blades ( 1.1 . 2.1 ) exclusively over a portion of their radially outward area of the blade ends ( 1.3 . 2.3 ) are tapered. Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ausschließlich die Anströmbereiche der Schaufelenden (1.3, 2.3) der sich gegenüberstehenden Schaufeln (1.1, 2.1) spitz zulaufend ausgebildet sind.Hydrodynamic coupling according to claim 8, characterized in that only the inflow areas of the blade ends ( 1.3 . 2.3 ) of the opposing blades ( 1.1 . 2.1 ) are tapered. Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des inneren Durchmessers (D;) des Schaufelprofils der Schaufeln (1.1) des antreibenden Schaufelrades (1) eine Entlastungsnut (8) vorgesehen ist.Hydrodynamic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that in the region of the inner diameter (D;) of the blade profile of the blades ( 1.1 ) of the driving paddle wheel ( 1 ) a relief groove ( 8th ) is provided. Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anspitzung des Schaufelendes (1.3) der Schaufeln (1.1) des antreibenden Schaufelrades (1) in einem vorgegebenen Abstand (9) am radial inneren Ende des Schaufelprofils des Schaufelrades (1.1) ausgesetzt ist, und der vorgegebene Abstand (9) insbesondere ein Ausmaß des zwei- bis dreifachen der Schaufeldicke im nicht angespitzten Bereich aufweist.Hydrodynamic coupling according to one of the preceding claims, characterized in that the tapering of the blade end ( 1.3 ) of the blades ( 1.1 ) of the driving paddle wheel ( 1 ) at a predetermined distance ( 9 ) at the radially inner end of the blade profile of the blade wheel ( 1.1 ) is exposed, and the specified distance ( 9 ) in particular has a dimension of two to three times the blade thickness in the non-pointed area.
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