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Flüssigkeitskupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine Flüssigkeitskupplung,
bei der ein teilweise mit Flüssigkeit gefülltes Kupplungsgehäuse die eine Kupplungshälfte
und eine in dem Gehäuse rotierende Kupplungsscheibe die andere Kupplungshälfte bildet
und wobei das Drehmoment durch die innere Flüssigkeitsreibung und durch die Reibung
der Flüssigkeit an den parallelen Wänden der Kupplungshälften übertragen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Kupplung zu schaffen,
welche die Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle in weiten Grenzen steuert.
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DerartigeKupplungenwerdenz.B.beiVerbrennungskraftmaschinen zum Antrieb
der Hilfsmaschinen, wie Generatoren, Pumpen, Kompressoren usw., benötigt. Wenn nämlich
die treibende Kraftmaschine mit niedrigen Drehzahlen arbeitet, müssen die Hilfsmaschinen
mit einer hohen übersetzung angetrieben werden. Wenn aber die Kraftmaschine selbst
mit hoher Drehzahl läuft, darf die Drehzahl der Hilfsmaschinen nicht proportional
steigen, da diese ihre benötigte Leistung bereits bei relativ niedrigeren Drehzahlen
abgeben. Die erfindungsgemäße Kupplung soll daher die maximale Ausgangsdrehzahl
der Hilfsmaschinen steuern.
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Es sind Flüssigkeitskupplungen bekannt, die eine umlaufende, als Gehäuse
für die Flüssigkeit ausgebildete Kupplungshälfte mit einer zwischen den Gehäusewänden
angeordneten Kupplungsscheibe aufweisen, die mit geringem Abstand zwischen zwei
mit der getriebenen Welle verbundenen Scheiben angebracht ist. Diese Flüssigkeitskupplungen
haben den Nachteil, daß die Größe des zu übertragenen Drehmoments nur in geringen
Grenzen vermittels einer bestimmten Führung der Flüssigkeit geregelt werden kann.
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Andere bekannte Flüssigkeitskupplungen machen sich die Tatsache zunutze,
daß bei ihnen das übertragene Drehmoment mit der Entfernung der Platten abnimmt.
Eine dieser Kupplungen besteht aus zwei koaxialen zylindrischen Teilen, die
je eine Reihe von konzentrischen Scheibenringen aufweisen. Durch eine Betätigungsvorrichtung
können die beiden koaxialen Teile gegeneinander bewegt werden, wodurch der Abstand
der beiderseitigen konzentrischen Ringe und damit das Drehmoment verändert wird.
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Diese Konstruktion löst zwar die Aufgabe, eine Kupplung zu schaffen,
welche die Drehgeschwindigkeit der getriebenen Welle in weiten Grenzen steuert,
sie hat aber den Nachteil eines relativ komplizierten Aufbaues.
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Ferner ist es für viele Anwendungsbereiche ein Nachteil, daß bei Flüssigkeitskupplungen,
sofern sie eine selbsttätige Geschwindigkeitsregelung haben, die Größe des übertragenen
Drehmoments proportional mit der Zentrifugalkraft wächst.
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Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile und löst die Aufgabe
der Schaffung einer in weiten Grenzen steuerbaren Kupplung dadurch, daß die Gehäusewand
in der schalenförmigen Hälfte des Kupplungsgehäuses durch die Einwirkung der der
Zentrifugalkraft unterliegenden Flüssigkeit selbsttätig verschiebbar ist.
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Hierdurch wird der Abstand der Gehäusewand zur Kupplungsscheibe vergrößert,
wodurch die Größe des übertragenen Drehmoments bei erhöhter Geschwindigkeit der
Kupplungsscheibe nicht wie bei den bekannten Ausführungen erhöht, sondern erniedrigt
wird.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung erfolgt die Verschiebung
dieser Wand gegen die Wirkung von Federn, die sich an einem mit der Gehäusehälfte
fest verbundenen Ring abstützen. Um einen Flüssigkeitsumlauf aufrechtzuerhalten,
sind die der Kupplungsscheibe gegenüberliegenden Gehäusewände mit tangential gerichteten
Strömungskanälen versehen, und die Kupplungsscheibe weist mehrere mit den Strömungskanälen
in Verbindung stehende Bohrungen auf, die abwechselnd mit zwei verschiedenen radialen
Abständen angeordnet sind.
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Die Erfindung ist an Hand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch
eine Flüssigkeitskupplung, Fig. 2 eine Ansicht der Kupplungsscheibe, Fig.
3 eine Ansicht der schalenförmigen Hälfte des Kupplungsgehäuses, Fig. 4 eine
Ansicht der axial beweglichen Gehäusewand und Fig. 5 eine teilweise perspektivische
Ansicht eines Feils der in Fig. 1 gezeigten Kupplung.
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In Fig. 1 ist ein treibendes Element in Form einer Riemenscheibe
10 dargestellt, die eine Einkerbung zur Aufnahme eines V-förmigen Treibriemens
aufweist, der seinerseits durch eine auf der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine
oder einer anderen Kraftmaschine befestigte Riemenscheibe angetrieben wird. Die
Riemenscheibe 10 läuft auf einem Wälzlager 11, das auf einer Hohlnabe
12 befestigt ist und durch einen Sprengring 13 auf der Nabe gehalten wird.
Die Nabe 12 stellt dabei einen Teil eines Gehäuses 14 dar. Dabei kann die Mittelbohrung
durch die Nabe 12 mit Nut und Feder oder in anderer Weise z. B. auf der Welle eines
elektrischen Generators oder einer anderen Zusatzeinrichtung der bereits erwähnten
Art befestigt sein.
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Das Gehäuse besteht aus einer schalenförinigen Hälfte 16, die
mit der Hohlnabe 12 aus einem Stück besteht. Die schalenförmige Hälfte
16 weist an ihrer Außenfläche sich radial erstreckende Kühlrippen
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und an ihrer inneren Oberfläche eine vom Rand aus nach innen abgesetzte
Fläche 17 auf.
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Eine axial bewegliche Gehäusewand 18 schließt das offene Ende
der schalenförmigen Hälfte 16 ab und ist gegen diese mittels einer Membran
19 abgedichtet. Die Membran wird dabei im abdichtenden Eingriff mit dem Rand
der schalenförmigen Hälfte mit Hilfe eines Rings 21 gehalten, der, wie beispielsweise
bei 22 gezeigt, über eine entsprechende Schulter umgebogen ist, die auf der Seite
der schalenförmigen Hälfte gebildet ist. Ein Haltering23 dient dazu, die Membran
in bezug auf die Außenfläche der beweglichen Wand 18 abdichtend zu halten.
Der Ring 21 ist bei 24 mit einem nach innen gerichteten Flansch versehen, wodurch
sich ein Sitz für Tellerfedern26 und 27 ergibt. Die Federn üben über den
Haltering 23 auf die bewegliche Wand eine Kraft aus, die bestrebt ist, die
Wand 18 gegen die schalenförmige Hälfte 16 des Gehäuses 14 zu drücken.
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Eine Mittelbohrung 28 in der beweglichen Wand Wird durch einen
Flansch 29 begrenzt, in dem eine bekannte Flüssigkeitsdichtung
31 untergebracht ist, die auf einem Ringflansch 32 der treibenden
Riemenscheibe gleitet. Die bewegliche Wand 18 ist mit am Umfang verteilten
Schlitzen 33 versehen (Fig. 4), in die sich entsprechende Vorsprünge34 der
schalenförmigen Hälfte16 erstrecken. Die Wand18 ist dadurch gegenüber der Hälfte
16 axial beweglich, aber mit diesen drehfest verbunden.
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Die schalenförmige Hälfte16 und die bewegliche Wand18 bilden eine
Flüssigkeitskammer. Ein Einfüllstöpsel36 ist in die schalenförmige Hälfte16 eingeschraubt
und gestattet das Einfüllen einer Flüssigkeit, z. B. Silikonöl, für die Drehmomentübertragung.
Ist die gesamte Vorrichtung außer Betrieb, dann ist die Flüssigkeitskammer angenähert
bis zu einem Flüssigkeitspegel 30 gefüllt.
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Der Ringflansch 32 der treibenden Riemenscheibe 10 trägt
eine Kupplungsscheibe 37. Diese Kupplungs--scheibe ist drehfest auf dem Ringflansch
32 befestigt, beispielsweise durch eine Keilverzahnung 35
a (Fig. 2) der Kupplungsscheibe, die in entsprechende Nuten 35
(Fig.
5) des Ringflansches 32 eingreift. Diese Anordnung gestattet eine
axiale Bewegung der Kupplungsscheibe auf dem Ringflansch. Die Kupplungsscheibe besteht
aus zwei aneinanderliegenden Platten 38 und 39, die mit ihren inneren
Abschnitten aneinanderstoßend z. B. durch Verschweißen miteinander verbunden sind.
Die äußeren Umfangsteile der Platten haben einen geringfügigen Abstand voneinander
und bilden dadurch einen ringförmigen Flüssigkeitskanal 41 zwischen den beiden Platten.
Die äußere Oberfläche jeder dieser Platten ist mit einem Reibbelag 42 (Fig. 2) versehen.
Die Platten weisen ferner eine äußere, auf Abstand angeordnete Reihe von Bohrungen
43 und eine innere, auf Abstand stehende Reihe von Bohrungen 44 auf. Der Belag 42
ist an den Bohrungen 43, 44 ausgespart.
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Die innenliegende ringförmige Fläche 17 der schalenförnügen
Hälfte 16 ist mit tangentialen Strömungskanälen 46 versehen (Fig.
3), die einen nach innen sich verringernden Querschnitt aufweisen. Die Kanäle
46 liegen an dem Belag 42 der Kupplungsseheibenplatte 38 an und ermöglichen
einen Umlauf der das Drehmoment übertragenden Flüssigkeit, wie nachfolgend beschrieben
wird.
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Die bewegliche Wand 18 ist ebenfalls mit tangential angeordneten
Strömungskanälen 47 versehen (Fig. 4), die ebenfalls einen nach innen zu abnehmenden
Querschnitt aufweisen. Die Kanäle 47 hegen an dem Belag 42 der Platte
39 an und ermöglichen ebenfalls einen Umlauf der das Drehmoment übertragenden
Flüssigkeit. Die durch die Platten 38 und 39 gebildete Kupplungsscheibe
ist drehbar innerhalb der durch die schalenförmige Hälfte 16 und die bewegliche
Wand 18 gebildeten Flüssigkeitskammer angeordnet. Dabei weist der äußere
Umfang der Kupplungsseheibe von dem Umfang der schalenförmigen Hälfte einen Abstand
auf, wodurch eine Druckkammer 51 gebildet ist.
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Im Betrieb, wenn die Antriebsscheibe 10 durch die Kurbelwelle
der Maschine angetrieben wird, wird die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft innerhalb
der Flüssigkeitskammer verteilt und ein Drehmoment von der treibenden Riemenscheibe
10, 32 und der Kupplungsscheibe 37 auf das Gehäuse 14 und demgemäß
auf die Welle, z. B. des Generators, übertragen, mit der das Gehäuse verbunden ist.
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Die Anfangsgeschwindigkeit der Kupplungsscheibe bewirkt, daß der Flüssigkeitspegel
innerhalb der Flüssigkeitskammer bis in die Nähe der inneren Bohrungen 44 der Kupplungsscheibe
absinkt. Wenn zwischen der treibenden und der getriebenen Kupplungshälfte ein Geschwindigkeitsunterschied
besteht, wird die Kupplungsscheibe mit einer größeren Geschwindigkeit gedreht als
das Gehäuse, und die Flüssigkeit wird durch den Ringkanal 41 zwischen den Platten
nach außen gedrängt, wie dies in Fig. 1
durch den Pfeil angedeutet ist. Es
sei angenommen, daß die treibende Scheibe 10 sich in Fig. 1, von rechts
gesehen, im Gegenuhrzeigersinn dreht. Durch die Drehzahldifferenz zwischen der Kupplungsscheibe
und dem Gehäuse sowie durch die Anordnung der Kanäle 46 und 47 in der schalenförnügen
Gehäusehälfte 16 und in der Gehäusewand 18 (Fig. 3 und 4) wird
die aus dem Ringkanal 41 austretende Flüssigkeit nach innen geleitet, wir, dies
durch die Pfeile in Fig. 3 und 4 angedeutet ist.
Durch den
Umlauf der Flüssigkeit mit Hilfe der Bohrungen 43 und 44, des Ringkanals 41 und
der Kanäle 46 und 47 wird erreicht, daß die innerhalb der Flüssigkeit erzeugte Wärme
abgeführt und die Bildung von örtlichen Bereichen hoher Temperatur auf den das Drehmoment
übertragenden Oberflächen verhindert wird.
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Nimmt die Geschwindigkeit des Gehäuses auf Grund einer abnehmenden
Belastung oder einer erhöhten Geschwindigkeit der Antriebsscheibe wesentlich zu,
dann verschiebt die in der Druckkammer 51
wirkende Zentrifugalkraft die Flüssigkeit
-, die Gehäusewand 18 innerhalb der schalenförnügen Gehäusehälfte nach außen,
und zwar entgegen der Kraft der Federn 26 und 27. Diese nach außen
gerichtete Bewegung der Wand 18 erhöht den Abstand zwischen der Wand und
der benachbarten Oberfläche der Kupplungsscheibe. Da das Drehmoment zwischen dieser
und den gegenüberliegenden Flächen der schalenförmigen Gehäusehälfte und der verschiebbaren
Wand eine direkte Funktion des Abstandes zwischen diesen Teilen ist, nimmt, wenn
die verschiebbare Wand von der Kupplungsseheibe wegbewegt wird, die übertragung
des Drehmoments auf das Gehäuse ab. Wenn daher die Geschwindigkeit des Gehäuses
zunimmt, wird die verschiebbare Wand von der Kupplungsscheibe weg verschoben, so
daß sich der Schlupf zwischen dem Gehäuse und der Kupplungsseheibe erhöht, wodurch
das Gehäuse den innerhalb der Hohlnabe mit seiner Welle befestigten Generator mit
einer Geschwindigkeit antreibt, die wesentlich geringer ist als die Geschwindigkeit
der Antriebsscheibe.
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Sollte die Geschwindigkeit des Gehäuses auf Grund einer erhöhten Belastung
geringer werden, dann wird auch der Flüssigkeitsdruck auf die verschiebbare Wand
18 geringer. Als Folge davon wird durch den Federdruck die Wand
18 sich näher an die Kupplungsscheibe heranbewegen, wodurch wiederum ein
höheres Drehmoment übertragen wird. Somit hält die Vorrichtung die Geschwindigkeit
des Gehäuses 14 konstant und paßt sich selbst an eine sich ändernde Last an.
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Wenn die verschiebbare Wand von der Kupplungsscheibe wegbewegt wird,
nimmt das Volumen der Flüssigkeitskammer zu, wodurch der dynamische Pegel der Flüssigkeit
in der Kammer noch über die Bohrungen 44 in der Kupplungsscheibe hinaus abnimmt.
Unter diesen Bedingungen halten die äußeren Bohrungen 43 in der Kupplungsscheibe
einen verkürzten Flüssigkeitsumlauf aufrecht.
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Es ist ohne weiteres möglich, daß die Kanäle 46 und 47, die einen
nach innen gerichteten Umlauf der Flüssigkeit ermöglichen, auch in dem Belag42 der
Kupplungsscheibe vorgesehen sein können. Wenn die Kanäle so geformt und entgegengesetzt
den in Fig. 3
und 4 gezeigten Richtungen angeordnet sind, dann wird der Flüssigkeitsumlauf
in der in Fig. 1 gezeigten Richtung aufrechterhalten.
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An Stelle der Membran 19 kann auch eine andere Abdichtung,
z. B. ein Dichtungsring, zwischen der verschiebbaren Wand und der schalenförmigen
Gehäusehälfte 16 vorgesehen sein.
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Die nach innen sich verengende Ausbildung der Kanäle 46 und 47 dient
dazu, einen Axialdruck auf die Kupplungsscheibe auszuüben, der verhindert, daß diese
an den benachbarten Oberflächen der Gehäusehälfte 16 und der Wand
18 unter bestimmten Betriebsbedingungen der Kupplung anklebt.