DE10303414B4

DE10303414B4 - Hydrodynamic machine

Info

Publication number: DE10303414B4
Application number: DE2003103414
Authority: DE
Inventors: Werner Adams
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: DE10303414A1

Abstract

Hydrodynamische Maschine;
1.1 mit einem Primärrad (2) und einem Sekundärrad (3), die Schaufeln (2.1) aufweisen, einen toroidalen Arbeitsraum (10, 10) miteinander bilden und die unter Belassen eines Spaltes axial nebeneinander angeordnet sind;
1.2 im Spalt zwischen den beiden Rädern (2, 3) befindet sich ein Schieber (11, 12);
1.3 der Schieber (11, 12) ist aus einer nicht-operativen Position radial innerhalb des Arbeitsraumes (10, 10) in eine strömungsbehindernde operative Position im Arbeitsraum (10, 10) einschiebbar;
1.4 es ist eine Halteeinrichtung (13) vorgesehen, die den Schieber (11, 12) bei Nenndrehzahl des Sekundärrades (3) in seiner nicht-operativen Position hält, und deren Kraft mit abnehmender Drehzahl das Sekundärrad aufgrund der abnehmenden Fliehkraft überwunden wird, so dass der Schieber (11, 12) eine operative, strömungsbehindernde Position einnimmt.Hydrodynamic machine;
1.1 having a primary wheel (2) and a secondary wheel (3), the blades (2.1), a toroidal working space (10, 10) form each other and are arranged axially while leaving a gap next to each other;
1.2 in the gap between the two wheels (2, 3) is a slide (11, 12);
1.3 the slide (11, 12) from a non-operative position radially within the working space (10, 10) in a flow-obstructive operative position in the working space (10, 10) can be inserted;
1.4 it is a holding device (13) is provided, which holds the slide (11, 12) at nominal speed of the secondary wheel (3) in its non-operative position, and whose force is overcome with decreasing speed, the secondary wheel due to the decreasing centrifugal force, so that the slide (11, 12) occupies an operative, flow-obstructing position.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, die nach dem Föttinger-Prinzip aufgebaut ist. Eine solche Maschine weist ein Primärteil und ein Sekundärteil auf. Die beiden Teile sind mit Schaufeln versehen. Sie bilden miteinander einen toroidalen Arbeitsraum, der während des Betriebes mit einem fließfähigen Medium gefüllt ist, beispielsweise mit einem Öl. Wird das Primärteil angetrieben und ist der Arbeitsraum mehr oder minder gefüllt, so wird mittels des Arbeitsmediums ein Drehmoment auf das Sekundärteil übertragen.The The invention relates to a hydrodynamic machine which is constructed according to the Föttinger principle. Such a machine has a primary part and a secondary part. The two parts are provided with blades. They form together a toroidal working space, which during operation with a flowable medium filled is, for example with an oil. Becomes the primary part driven and the working space is more or less filled, so is transmitted by means of the working medium, a torque on the secondary part.

Bei hydrodynamischen Maschinen bestehen die beiden Teile aus Laufrädern, dem Primärrad oder Pumpenrad und dem Sekundärrad oder Turbinenrad. Es bekommen z. B. hydrodynamische Kupplungen oder hydrodynamische Bremsen (Retarder) in Betracht.at hydrodynamic machines consist of the two parts of impellers, the primary wheel or impeller and the secondary wheel or turbine wheel. It get z. B. hydrodynamic couplings or hydrodynamic brakes (retarder) into consideration.

Beispiele einer hydrodynamischen Kupplung sind in DE 101 15 561 A1 dargestellt. Dabei ist dem Primärrad eine sogenannte Schale zugeordnet, die drehfest mit diesem verbunden ist und die das Sekundärrad in axialer und teilweise auch in radialer Richtung umschließt. Die Schale weist im Bereich ihres Außenumfanges Durchtrittsöffnungen auf, welche einen Übertritt von Betriebsmittel aus der Schale heraus in eine Auffangwanne ermöglichen. In einem geschlossenen Kreislauf wird das Betriebsmittel während des Betriebes der Kupplung aus der Wanne herausgeführt und dem Arbeitsraum der Kupplung wieder zugeführt.Examples of a hydrodynamic coupling are in DE 101 15 561 A1 shown. Here, the primary wheel is associated with a so-called shell, which is rotatably connected thereto and which surrounds the secondary in the axial and partially in the radial direction. The shell has passage openings in the region of its outer circumference, which allow a transfer of equipment out of the shell into a collecting trough. In a closed circuit, the equipment is led out during operation of the clutch from the tub and fed back to the working space of the clutch.

Eine solche hydrodynamische Kupplung soll möglichst hohe Momente übertragen können. Hierzu werden besondere Maßnahmen getroffen. So sind die Schaufeln beispielsweise gegen Axialebenen geneigt angeordnet und außerdem an ihren Eintrittskanten angeschrägt.A Such hydrodynamic coupling should transmit the highest possible torque can. This will be special measures met. For example, the blades are against axial planes inclined and arranged as well Beveled at their entry edges.

Zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad kommt es während des Betriebes normalerweise zu einem mehr oder minder großen Schlupf. Dies bedeutet, dass die Drehzahl des Sekundärrades geringer ist, als diejenige des Primärrades. Der Schlupf kann sehr groß werden, beispielsweise dann, wenn die Kupplung zwischen einen Antriebsmotor (zum Beispiel einen Elektromotor) und eine Arbeitsmaschine (zum Beispiel ein Mahlwerkzeug) geschaltet ist. Wird dem Mahlwerkzeug eine hohe Arbeitsleistung abverlangt, so führt dies zu einer Absenkung der Drehzahl des Sekundärrades gegenüber der Drehzahl des Primärrades. Die Differenzdrehzahl ist somit sehr groß. Dies kann dazu führen, dass der Motor sehr stark „gedrückt" wird, so dass er Schaden nimmt.Between the primary wheel and the secondary wheel it comes during the operation normally leads to a greater or lesser degree of slippage. This means that the speed of the secondary wheel is lower than that of the primary wheel. The slip can get very big For example, if the clutch between a drive motor (For example, an electric motor) and a working machine (for Example, a grinding tool) is switched. Will the grinding tool demanded a high work performance, this leads to a reduction the speed of the secondary wheel across from the speed of the primary wheel. The differential speed is thus very large. This can cause that the engine is very strongly "pressed", causing it damage takes.

Schiebervorrichtungen im Zusammenhang mit einer hydrodynamischen Maschine, um die Strömungsführung zu beeinträchtigen, werden in den folgenden Dokumenten offenbart:
US 2 464 215
DE 669 040 C
DE 1 264 172 B
DE 44 46 287 A1
US 2 556 666
DE 129 249 C Slider devices associated with a hydrodynamic machine to affect flow control are disclosed in the following documents:
US 2 464 215
DE 669 040 C
DE 1 264 172 B
DE 44 46 287 A1
US 2 556 666
DE 129 249 C

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Maschine, vor allem eine Kupplung, derart zu gestalten, dass eine unzulässig hohe Differenzdrehzahl zwischen der Drehzahl des Primärrades und der Drehzahl des Sekundärrades nicht auftritt. Es soll somit verhindert werden, dass bei starker Last auf der Sekundärseite ein allzu starker Abfall der Drehzahl des Sekundärrades eintritt.Of the Invention is based on the object, a hydrodynamic machine, especially a clutch to make such that an inadmissible high Differential speed between the speed of the primary wheel and the speed of the Secondary wheel not occurs. It should thus be prevented that under heavy load on the secondary side an excessive drop in the speed of the secondary wheel occurs.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.These The object is solved by the features of claim 1.

Gemäß dem Kerngedanken der Erfindung wird eine Schiebereinrichtung vorgesehen, die zunächst radial innerhalb des Arbeitsraumes angeordnet ist und die in den Arbeitsraum einschiebbar ist. Die Schiebereinrichtung wird im allgemeinen in einer achssenkrechten Ebene angeordnet sein.According to the core idea The invention provides a slider device which is initially radial is located within the work space and into the work space is insertable. The slider device is generally in be arranged an axially perpendicular plane.

Beim Normalbetrieb, das heißt bei gefülltem Arbeitsraum und bei nicht zu hoher Belastung auf der Sekundärseite wird die Schiebereinrichtung in der genannten Position, das heißt radial innerhalb des Arbeitsraumes, durch eine Halteeinrichtung, insbesondere eine Federeinrichtung gehalten. Im Folgenden wird diese Position die „nicht-operative" Position genannt. Die Haltekraft, z. B. die Kraft der Feder ist derart bemessen, dass sie mit abnehmender Drehzahl des Sekundärrades aufgrund der abnehmenden Fliehkraft überwunden wird, so dass die Schiebereinrichtung eine „operative" Position einnimmt. Dies bedeutet, dass sie aufgrund der abnehmenden Fliehkraft mehr oder minder weit in den Arbeitsraum in radialer Richtung nach außen verschoben wird, so dass sie die Strömung im Arbeitsraum der Kupplung entsprechend behindert. Wenn die Strömung behindert wird, so vermag die hydrodynamische Kupplung nicht mehr so viel oder gar kein Drehmoment mehr zu übertragen. Es wird somit auch dem Motor entsprechend weniger Leistung abverlangt, so dass der Motor keinen Schaden nimmt.At the Normal operation, that is with filled work space and at not too high load on the secondary side, the slider device in the said position, that is radially within the working space, by a holding device, in particular a spring device held. In the following, this position is called the "non-operative" position. The holding force, z. B. the force of the spring is such that they are overcome with decreasing speed of the secondary wheel due to the decreasing centrifugal force so that the slider device assumes an "operative" position, which means that they are more or less in due to the decreasing centrifugal force the working space is displaced in the radial direction outwards, so that she the flow obstructed accordingly in the working space of the clutch. When the flow obstructs the hydrodynamic coupling is not able to do so much anymore or no more torque to transmit. It will be so too According to the engine demanded less power, so that the Engine does not hurt.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen Folgendes dargestellt:The The invention is explained in more detail with reference to the drawing. This is in detail The following is shown:

1 zeigt in schematischer Darstellung in einem Halbaxialschnitt eine hydrodynamische Kupplung, bei welcher die Erfindung verwirklichbar ist. 1 shows a schematic representation in a Halbaxialschnitt a hydrodynamic coupling, in which the invention is feasible.

2 zeigt in perspektivischer Darstellung das Rotor-Schaufelrad der Kupplung gemäß 1. 2 shows a perspective view of the rotor blade of the clutch according to 1 ,

3 zeigt in einer Draufsicht eine zweiteilige Schiebereinrichtung in nicht-operativer Position. 3 shows in a plan view of a two-part slider device in a non-operative position.

4 zeigt die zu der Schiebereinrichtung gehörende Federeinrichtung. 4 shows the belonging to the slider spring device.

5 zeigt den Gegenstand von 3 in operativer Position. 5 shows the item of 3 in operative position.

6 zeigt wiederum die zugehörende Federeinrichtung. 6 again shows the associated spring device.

Die in 1 gezeigte Kupplung weist eine Antriebswelle 1 auf, auf die ein Rotor-Schaufelrad 2 aufgekeilt ist, ferner ein Stator-Schaufelrad 3, das auf einer Abtriebswelle 4 aufgekeilt ist.In the 1 The coupling shown has a drive shaft 1 on top of which a rotor paddle wheel 2 is keyed, also a stator paddle wheel 3 on an output shaft 4 is wedged.

Man sieht ferner einen Zulaufkanal 5, über welchen der hydrodynamischen Kupplung ein Arbeitsmedium zugeführt wird. Dieses gelangt zunächst in einen Verteilerraum 6 und tritt aus einem Austrittskanal 7 wieder aus. Am Rotor-Schaufelrad 2 befinden sich im radial inneren Bereich Füllschlitze 8, und im radial äußeren Bereich Entleerschlitze 9. Diese sind jedoch für die Erfindung ohne Bedeutung.It also shows an inlet channel 5 , via which the hydrodynamic coupling a working medium is supplied. This first enters a distribution room 6 and exits an exit channel 7 out again. On the rotor paddle wheel 2 are located in the radially inner region Füllschlitze 8th , and in the radially outer area emptying slots 9 , However, these are of no importance to the invention.

Das Rotor-Schaufelrad und das Stator-Schaufelrad 3 bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 10, der über die Füll- und Entleerschlitze 8 beziehungsweise 9 gefüllt beziehungsweise entleert wird.The rotor paddle wheel and the stator paddle wheel 3 together form a toroidal working space 10 passing through the filling and emptying slots 8th respectively 9 filled or emptied.

Das in 2 gezeigte Rotor-Schaufelrad 2 weist eine Vielzahl von Schaufeln 2.1 auf. Jede Schaufel 2.1 weist eine Schaufelkante 2.2.1 auf.This in 2 shown rotor blade wheel 2 has a variety of blades 2.1 on. Every scoop 2.1 has a blade edge 2.2.1 on.

Die in den 3 und 5 dargestellte Schiebereinrichtung umfasst zwei plattenförmige Einzelschieber 11, 12, ferner eine Feder 13.The in the 3 and 5 shown slider device comprises two plate-shaped individual slide 11 . 12 and a spring 13 ,

Die beiden Einzelschieber 11, 12 sind flache Blechscheiben. Sie sind ineinander steckbar, so dass sie aneinander vorbeigleiten können, und zwar in radialer Richtung.The two single sliders 11 . 12 are flat sheet metal discs. They are plugged into each other so that they can slide past each other, in the radial direction.

Bei der in 3 gezeigten Konfiguration sind die Schieber zusammengefahren. In dieser Position sind die beiden Teilschieber 11, 12 vom toroidalen Arbeitsraum 10, 10 völlig umschlossen. Sie befinden sich somit radial innerhalb der Innenkante des Arbeitsraumes 10, 10. Für diese Position der Teilschieber 11, 12 sorgt die Feder 13, die eine Zugfeder ist. Die Zugfeder hat in diesem Falle eine entsprechende Konfiguration, bei welcher die einzelnen Windungen weit auseinanderliegen. Siehe auch 4.At the in 3 As shown, the slides have moved together. In this position, the two partial slides 11 . 12 from the toroidal workspace 10 . 10 completely enclosed. They are thus located radially inside the inner edge of the working space 10 . 10 , For this position the partial slide 11 . 12 take care of the spring 13 which is a tension spring. The tension spring in this case has a corresponding configuration in which the individual windings are far apart. See also 4 ,

Diese Konfiguration kommt wie folgt zustande:
Zwar wirkt auf die beiden Teilscheiber 11, 12 die Fliehkraft, die die beiden Teilschieber 11, 12 auseinanderfahren will. Jedoch ist die Zugfeder 13 stärker. Sie wirkt im Sinne eines Zusammenfahrens der beiden Teilschieber.This configuration is accomplished as follows:
Although acts on the two Teilscheiber 11 . 12 the centrifugal force, which is the two partial slide 11 . 12 wants to diverge. However, the mainspring is 13 stronger. It acts in the sense of a merging of the two partial slide.

Bei der in den 5 und 6 dargestellten Konfiguration sind die beiden Teilschieber 11, 12 entgegen der Kraft der Zugfeder 13 auseinandergefahren. Die Windungen der Zugfeder 13 liegen relativ eng beieinander – siehe 6.In the in the 5 and 6 configuration shown are the two partial slide 11 . 12 against the force of the tension spring 13 moved apart. The turns of the tension spring 13 are relatively close together - see 6 ,

Diese Konfiguration kommt dann zustande, wenn die Fliehkraft gering ist. Dies ist dann der Fall, wenn die Drehzahl klein ist. In diesem Falle überwindet die Kraft der Zugfeder 13 die Fliehkraft. Die beiden Teilschieber 11, 12 sind bei der Konfiguration gemäß der 5 und 6 weitgehend in den Arbeitsraum 10, 10 eingefahren.This configuration comes about when the centrifugal force is low. This is the case when the speed is low. In this case, overcomes the force of the tension spring 13 the centrifugal force. The two partial slides 11 . 12 are in the configuration according to the 5 and 6 largely in the workroom 10 . 10 retracted.

Die geschilderte Verschiebung der Teilschieber 11, 12 relativ zueinander findet dann statt, wenn die gesamte Schiebereinrichtung 11, 12, 13 mit dem Sekundärrad oder Stator-Schaufelrad 3 drehfest verbunden ist. Nur dann wirkt nämlich eine Fliehkraft entsprechender Größe auf die Teilschieber 11, 12 ein.The described displacement of the partial slide 11 . 12 relative to one another takes place when the entire slider device 11 . 12 . 13 with the secondary wheel or stator paddle wheel 3 rotatably connected. Only then does a centrifugal force of corresponding magnitude act on the partial slides 11 . 12 one.

Zusammenfassend soll nochmals erläutert werden, wie die hydrodynamische Kupplung gemäß der Erfindung arbeitet:
Die Antriebswelle 1 ist in der Regel mit einem Antriebsmotor verbunden, beispielsweise mit einem Elektromotor. Die Abtriebswelle 4 ist in der Regel mit einer Arbeitsmaschine verbunden, beispielsweise mit einem Mahlwerk. Bei gefülltem Arbeitsraum 10, 10 und laufendem Antriebsmotor liegt zwischen den beiden Schaufelrädern 2, 3 dann nur ein geringer Schlupf vor, wenn das an der Abtriebswelle 4 angreifende Lastmoment nicht allzu groß ist. Bei einem solchen Zustand nehmen die beiden Teilschieber 11, 12 die in 3 dargestellten Positionen ein. Die Teilschieber 11, 12 befinden sich somit innerhalb des Arbeitsraumes 10, 10, oder anders gesagt von diesem umschlossen.In summary, it will be explained again how the hydrodynamic coupling according to the invention works:
The drive shaft 1 is usually connected to a drive motor, for example with an electric motor. The output shaft 4 is usually associated with a work machine, such as a grinder. With filled work space 10 . 10 and running drive motor is between the two paddle wheels 2 . 3 then only a slight slip before, if that on the output shaft 4 attacking load moment is not too big. In such a state, the two partial slide 11 . 12 in the 3 positions shown. The part gate valves 11 . 12 are thus within the workspace 10 . 10 or, in other words, enclosed by this.

Steigt jedoch das Lastmoment, das an der Abtriebswelle 4 angreift, stark an, so wird das Stator-Schaufelrad 3 mehr oder minder abgebremst. Damit nimmt auch die Fliehkraft ab, die auf die beiden Teilschieber 11, 12 einwirkt. Die beiden Teilschieber 11, 12, nehmen deshalb die in 5 gezeigte Position ein. Der Arbeitsraum wird teilweise oder ganz abgesperrt von den Teilschiebern 11, 12. Es wird weniger oder gar kein Drehmoment mehr von der hydrodynamischen Kupplung übertragen. Demgemäss wird auch dem Motor ein verringertes oder gar kein Drehmoment mehr abverlangt. Der Motor wird somit gegen Überlastung geschützt.However, the load torque increases, that at the output shaft 4 attacks, strongly, then becomes the stator paddle wheel 3 more or less slowed down. This also reduces the centrifugal force on the two partial slide 11 . 12 acts. The two partial slides 11 . 12 , therefore take the in 5 shown position. The work space is partially or completely shut off by the partial gate valves 11 . 12 , There is less or no torque from the hydro transmitted dynamic coupling. Accordingly, a reduced or even no torque is demanded of the engine. The motor is thus protected against overload.

Der Schieber beziehungsweise die beiden Schieberplatten 11, 12 müssen nicht unbedingt in den Spalt zwischen den beiden Rädern einschiebbar sein. Es ist auch denkbar, dass der Schieber beziehungsweise seine Teilschieber Bestandteil des Sekundärrades 3 sind.The slider or the two slide plates 11 . 12 do not necessarily have to be inserted into the gap between the two wheels. It is also conceivable that the slide or its partial slide part of the secondary wheel 3 are.

Claims

Hydrodynamic machine; 1.1 with a primary wheel ( 2 ) and a secondary wheel ( 3 ), the blades ( 2.1 ), a toroidal working space ( 10 . 10 ) form each other and are arranged axially while leaving a gap next to each other; 1.2 in the gap between the two wheels ( 2 . 3 ) there is a slider ( 11 . 12 ); 1.3 the slider ( 11 . 12 ) is from a non-operative position radially within the working space ( 10 . 10 ) in a flow-obstructing operative position in the working space ( 10 . 10 ) insertable; 1.4 it is a holding device ( 13 ) provided the slide ( 11 . 12 ) at rated speed of the secondary wheel ( 3 ) holds in its non-operative position, and whose force is overcome with decreasing speed, the secondary wheel due to the decreasing centrifugal force, so that the slide ( 11 . 12 ) occupies an operative, flow-obstructing position.

Machine according to claim 1, characterized in that the holding device is a spring device.

Machine according to claim 1 or 2, characterized in that the slide ( 11 . 12 ) with the secondary wheel ( 3 ) is rotationally connected.

Machine according to claim 2 or 3, characterized in that the spring device ( 13 ) is a tension spring.

Machine according to one of claims 2 to 4, characterized by the following features: 5.1 the slide comprises two slide plates ( 11 . 12 ) which are diametrically opposed to each other; 5.2 the two slide plates ( 11 . 12 ) are by the spring device ( 13 ) positively connected with each other.

Machine according to one of claims 1 to 5, characterized in that the outer contour of the slide ( 11 . 12 ) or the two slide plates ( 11 . 12 ) of the inner contour of the working space ( 10 . 10 ) is adjusted.