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Nach dem Föttinger-Prinzip arbeitender oder als Strömungsbremse ausgebildeter
hydrodynamischer Arbeitskreislauf Bei hydrodynamischen Arbeitskreisläufen, wie Strö-Tungswandlern,
Strömungskupphingen und Strömungsbremsen, wird vielfach die Arbeitsflüssigkeit zum
Zwecke der Kühlung aus dem Arbeitsraum des Kreislaufes herausgeführt, gekühlt und
danach dem Arbeitsraum wieder zugeleitet (Kühlkreislauf). Auch zur Füllungsregelung
hydrodynamischer Arbeitskreisläufe wird dem Arbeitsraum Arbeitsflüssigkeit entnoinmen
bzw. wieder zugeführt, wobei durch entsprechende Steuerung des Flüssigkeitszu- und/oder
-abflusses der gewünschte Füllungsgrad eingestellt wird (Regelkreislauf). Die Umwälzung
der Arbeitsflüssigkeit geschieht meist mittels einer Pumpe. Wenn der Regelkreislauf
auch zugleich den Kühlkreislauf darstellt, weist er vielfach eine Füllpumpe auf,
die so bemessen ist, daß deren Umwälzmenge auch die notwendige Wärineabfuhr gewährleistet.
Bei hydrodynamischen Arbeitskreisläufen, die z. B. oft im Bereich großen Schlupfes
arbeiten und daher eine erhebliche Wärineabfuhr erfordern, insbesondere bei Strömungsbremsen
mit einem während des Bremsens dauernd vorhandenen Schlupf von 100%, muß daher die
Umwäl ' zpumpe für eine große Förderleistung ausgelegt sein; sie ist aber
dann für die Regelung des Füllungsgrades zu groß bemessen. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, daß zwei getrennte äußere Kreisläufe mit einer Füllpumpe kleiner
Leistung im Regelkreislauf und einer weiteren Pumpe ausreichender Größe im Kühlkreislauf
vorhanden sind.
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Man hat diesen Aufwand an Pumpen bei Strömungskupplungen bereits dadurch
zu verringern versucht, daß ein schwenkbares, im übrigen aber ortsfestes Schöpfrohr
in einer mit dem Strömungsraum der Kupplung über kleine Drosselbohrungen verbundenen,
mit dem Primärrad umlaufenden Kammer angeordnet ist. Je nach Stellung des Schöpfrohres
wird dadurch die Arbeitsflüssigkeit unter Ausnutzung des Staudruckes am Schöpfrohreintritt
abgeschöpft, einem Kühler zugeleitet und unter Umgehung des ölsumpfes unmittelbar
wieder der Kupplung zugeführt. Um bei besonders großen Anforderungen an die Wärmeabfuhr,
also bei hochbelasteten Kupplungen, die auch längere Zeit mit großem Schlupf arbeiten
müssen, die Wärmeabfuhr sicherzustellen, ist auch bereits vorgeschlagen worden,
das Schwenkschöpfrohr in einer mit dem Arbeitsraum der Kupplung kommunizierenden
Kammer anzuordnen und eine gesonderte, starke Füllpumpe anzuordnen, wobei das Schöpfrohr
dann gleichsam als verstellbarer überlauf dient.
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In allen erwähnten Fällen ist jedoch ein verhältnismäßig großer Bauaufwand
erforderlich, den zu vermeiden Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist. Es wird vorgeschlagen,
daß bei einem hydrodynamischen Arbeitskreislauff mit einem den Strömungsrauin abdichtenden,
vorzugsweise ortsfesten Gehäuse und mit einem vom Arbeitskreislauf abzweigenden,
zum Kühlen und/oder Regeln dienenden äußeren Kreislauf, insbesondere bei einer Strömungsbremse,
die radial äußere Innenbegrenzung des Gehäuses zumindest annähernd spiralförmig
ausgebildet wird, und zwar mit in Betriebsdrehrichtung des Primärrades zunehmendem
Durchmesser, und daß ferner etwa an der Stelle des größten Durchmessers der spiralförmigen
Innenbegrenzung ein zum Kühl- und/oder Regelkreislauf führender Auslaß für die Arbeitsflüssigkeit
vorgesehen wird.
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Durch diese spiralförmige Innenbegrenzung des Gehäuses wird die Pumpwirkung
des Primärrades, die die Meridianströmung der Arbeitsflüssigkeit verursacht, auch
für einen äußeren Kreislauf, z. B. den Kühlkreislauf, ausgenutzt und damit
- wie sich aus dem Drallsatz herleiten läßt und wie Versuche eindeutig gezeigt
haben - die äußere Umwälzung der Arbeitsflüssigkeit erheblich gefördert,
so daß die Füllpumpe, nur noch nach den Bedürfnissen der Füllungsgradregelung ausgelegt
zu werden braucht bzw. eine Pumpe für den Kühlkreislauf oder ini günstigsten Fall
sogar die Füllpumpe selbst entfallen kann.
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Spiralgehäuse sind zwar seit langem aus dem Kreiselpumpenbau und Turbinenbau
bekannt. Da das radial durchströmte Laufrad einer Kreiselpumpe und einer Turbine
eine Wirbelquelle bzw. Senke mit einer radialen und einer tangentialen Geschwindigkeitskomponente
darstellt, hat man diesen Strömungsver-Wältnissen zur Erzielung einer möglichst
verhistfreien
Weiterleitung der Strömung durch die entsprechende
Ausbildung des Gehäuses in Form einer Spirale Rechnung getragen. Es sind ferner
auch bereits solche Getriebekombinationen von Kreiselpumpen mit gesondert angeordneten
Turbinen bekanntgeworden, bei denen die Pumpe und die Turbine spiralförmig ausgebildete
Gehäuse aufweisen. Das kraftübertragene Medium wird hierbei durch Rohre zwischen
Pumpe und Turbine hin- und herbefördert, und zwar derart, daß die am größten Durchmesser
des Pumpenspiralgehäuses austretende Flüssigkeit am größten Durchmesser des Turbinenspiralgehäuses
eintritt.
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Auf dem Gebiet des Strömungswandler-, Strömungskupplungs- und Strömungsbremsenbaues
hat man jedoch trotz dieser Kenntnis die spiralförnüge Gehäuseausbildung zu dem
erfind:ungsgemäßen Zweck bisher nicht angewandt. Das kann damit erklärt werden,
daß sich die Kreiselpumpen und die Turbinen sowohl baulich als auch strömungstechnisch
erheblich von den erfindungsgemäßen Arbeitskreisläufen unterscheiden. Der bauliche
Unterschied besteht darin, daß in den Arbeitskreisläufen Kreiselpumpe und Turbine
zu einem geschlossenen Kreislauf unter Wegfall aller Spiralgehäuse (für günstigen
Ein- oder Auslaß des kraftübertragenden Mediums), Krümmer und Rohrleitungen unmittelbar
vereinigt worden sind. Ferner liegt eine andere strömungstechnische Aufgabe vor.
Während nämlich bei der Kreiselpumpe das durch das Laufrad angesaugte und in Bewegung
versetzte kraftäbertragende Medium in seiner Gesamtheit in eine Druckleitung eintritt,
also sofort die Pumpe verläßt, bzw. während bei der Turbine das Medium das Laufrad
in Rotation versetzt und dann sofort die Turbine verläßt, wird demgegenüber bei
hydrodynamischen Arbeitskreisläufen nach der Erfindung das mittels eines Laufrades
in Bewegung versetzte kraftübertragende Medium unmittelbar nündestens einer weiteren
Beschaufelung zugeführt.
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Beira Strömungswandler oder bei der Strömungskupplung wird dieses
weitere Schaufelrad zwecks Drehmomentübertragung in Rotation versetzt, während bei
der Strömungsbremse die weitere Beschaufelung ortsfest angeordnet ist. Das kraftübertragende
Medium strömt also bei Strömungswandlern, Strömungskupplungen und Strömungsbremsen
fortwährend in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb eines einzigen relativ kleinen
Strömungsraumes umher. Wenn nunmehr nach der Erfindung bei einem Arbeitskreislauf,
bei dem durch die Vereinigung von Pumpe und Turbine das bisher übliche Spiralgehäuse
zunächst entfallen ist, wiederum ein Spiralgehäuse, und zwar für einen anderen Zweck,
nämlich für einen strömungstechnisch günstigen Auslaß des Küht- und/ oder Regelkreislaufes
vorgesehen wird, kann dies nicht als naheliegend bezeichnet werden.
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Das erfindungsgemäß spiralförmig ausgebildete Gehäuse erweist sich
insbesondere dann als sehr vorteilhaft, wenn der Arbeitskreislauf als Strömungsbremse
in einem Fahrzeug ausgebildet ist und wenn erhebliche Wärmemengen bei wechselndem
Füllungsgrad der Bremse abgeführt werden sollen. Es ist bei Fahrzeugen erwünscht,
bereits bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten die volle Bremsleistung zur Verfügung
zu haben. Man legt den Durchtnesser des Strömungsraumes dementsprechend aus oder
schließt, was noch zweckmäßiger ist, die Bremse an die schnellstlaufende Getriebewelle
an, gegebenenfalls unter weiterer Verwendung einer übersetzung ins Schnelle, derart,
daß bei einer kleinen Fahrgeschwindigkeit und bei einem Füllungsgrad von 100-1/o
bereits die volle Bremsleistung vorhanden ist. Da die Leistungsaufnahme einer Strömungsbremse
mit der dritten Potenz der Bremswellendrehzahl ansteigt, wäre bei Höchstgeschwindigkeit
des Fahrzeugs die Leistungsaufnahme bei gleichgebliebenem Füllungsgrad (100"/o)
ein Vielfaches der vollen, zulässigen Bremsleistung. Daher muß der Füllungsgrad
herabgesetzt werden. Es kann hierbei sogar vorkommen, daß im Bremsbetrieb bei Höchstgeschwindigkeit
der Füllungsgrad nur noch
1 11/o beträgt. Bei diesem Füllungsgrad von
1 11/o soll aber die Bremsleistung ebenso groß sein wie bei kleiner Fahrgeschwindigkeit
und voller Füllung. Das heißt weiterhin, daß bei einem Füllungsgrad von sowohl 100#l/o
wie auch 1% etwa die gleiche Wärme über den Kühler abgeführt werden muß. Das spiralfö
i ausgebildete Bremsgehäuse trägt nun dazu bei, daß trotz des kleinen Füllungsgrades
eine für die Wärmeabfuhr ausreichende Umwälzung der Arbeitsflüssigkeit erzielt wird.
Fig. 2 den Querschnitt hierzu gemäß der Linie 11-II in Fig.
1 und Fig.
3 den Querschnitt einer ähnlichen Strömungsbremse mit zwei
in Umfangsrichtung hintereinander angeordneten Spiralen dar.
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Gemäß Fig. 1 ist das Gehäuse 2 einer Strömungsbremse
1 an dem Gehäuse 3 eines Getriebes angeflanscht. Eine Welle 4 dieses
Getriebes soll abgebremst werden können. Auf dieser Welle 4 sitzt das Primärrad
5 der Bremse, das zwei spiegelsymmetrische Beschaufelungen 6 und
7 aufweist, denen zwei weitere am feststehenden Gehäuse 2 angeordnete Beschaufelungen
8 und 9 gegenüberliegen. Das Primärrad 5 hat am äußeren Umfang
öffnungen 10 und 11, durch die ein Teil der Arbeitsflüssigkeit bei
umlaufendem Primärrad 5 nach außen in Kanäle 12 bzw. 13 geschleudert
wird. Die Kanäle 12 und 13 sind durch eine Zwischenwand 14 getrennt. Eine
Leitung 15 dient der Zufuhr der gekühlten Arbeitsflüssigkeit, während der
Kreislauf zur Regelung des Füllungsgrades bei 16
eintritt und bei
17 austritt.
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Die spiralförmige Ausbildung der Innenkontur des Gehäuses 2 der Bremse
ist aus Fig. 2 ersichtlich. Außerhalb des Außendurchmessers des auf der Welle 4
sitzenden und mit der Beschaufelung 6 versehenen Primärrades 5 ist
der Kanal 12 mit der Trennwand 14 sichtbar. Der Abstand zwischen dem Außendurchmesser
des Primärrades 5 und der benachbarten Innenkontur des Gehäuses 2 vergrößert
sich in Drehrichtunc, 19 des Primärrades 5 von der Stelle 12a nahe
der Abströmstelle der Arbeitsflüssigkeit aus dem Strömungsraum über 12
b bis zur Stelle 12 c und bildet eine Spirale, die das Abströmen der Arbeitsflüssigkeit
in eine Austrittsleitung 18 fördert, indem die Pumpwirkung des umlaufenden
Primärrades möglichst weitgehend ausgenutzt wird. Die zum Außendurchmesser des Primärrades
5 tangentiale Abströmung über ein sich verengendes Mundstück 12
d ist ebenso zur Ausnutzung dieser Pumpwirkung geeignet. In diesem Mundstück
vereinigen sich beide Kanäle 12 und 13 (s. Fig. 1), da dort die Trennwand
14 auf diesem Stück weggefallen ist.
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In Fig. 3 ist ein Gehäuse 20 dargestellt, in dem sich ähnlich
Fig. 2 ein auf einer Bremswelle 21 sitzendes Primärrad 22 mit einer Beschaufelung
23 befindet. Das Gehäuse weist hier jedoch zwei spiralförmige Ausnehmungen
24 und 25 auf dem Umfang auf. Die eine Ausnehmung 24 führt über ein Mundstück
24 a
zu einem Austritt der Arbeitsflüssigkeit durch eine Leitung
26, die andere Ausnehmung 25 über ein Mundstück 25a zu einem weiteren
Austritt durch eine Leitung 27. Beide Ausnehmungen beginnen, in Drehrichtung
28 des Primärrades 22 gesehen, hinter einer Austrittsstelle der Arbeitsflüssigkeit
und vergrößern ihren Durchmesser bis zur nächsten Austrittsstelle. Die Richtung
des Austritts ist hierbei je-
weils tangential zur Spirale des Gehäuses 20.
Es ist nun gleichgültig, ob durch beide Leitungen 26 und 27
der kombinierte
Kühl- und Regelkreislauf der Bremse austritt oder ob die Leitung 26 zum Kühler
und die Leitung 27 zur Füllungsregeleinrichtung führt. In jedem Falle wird
die Umwälzung der Arbeitsflüssigkeit durch die spiralförmigen Ausnehmungen 24 und
25 und durch die tangentiale Abströmung in starkem Maße gefördert, so daß
sich z. B. eine Füllpumpe erübrigt.