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Strömungskupplung mit Füllungsregelung Zusatz zur Aruneldung:
12371 XII / 47 c Auslegeschrift 1159 218
Die Hauptpatentanmeldung
bezieht sich auf eine Strömungskupplung mit einer Einrichtung zum Regeln der Füllung
des Arbeitsraumes der Kupplung durch beliebig wählbare Einstellung des Flüssigkeitsspiegels
in einem umlaufenden, mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung stehenden Behälter
mittels eines verstellbaren Schöpfrohres, bei der die Einrichtung zur Füllungsregelung
ausschließlich aus einem axial neben dem Arbeitsraum der Kupplung angeordneten,
mit der Kupplung umlaufenden Behälter, dessen Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser
des Arbeitsraumes der Kupplung entspricht und der mit diesem nach Art kommunizierender
Gefäße verbunden ist, sowie aus dem verstellbaren Schöpfrohr besteht, und die ferner
mit einer die von der Fülleinrichtung gelieferte Durchsatzmenge bei zunehmender
Füllung verkleinernden Einrichtung versehen ist.
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Die Erfindung betrifft die weitere Ausgestaltung der in der Hauptpatentanmeldung
beschriebenen regelbaren Strömungskupplung. Gemäß der Erfindung soll die Kupplung
mit einem urnlaufenden Speicherbehälter versehen sein, der mit seinem Innendurchmesser
an den Schöpfrohrauslaß und mit seinem Außendurchmesser an den Arbeitsraum der Kupplung
angeschlossen ist und der so ausgebildet ist, daß er innerhalb eines der innersten
Schöpfrohrstellung entsprechenden Durchmessers das Volumen des Arbeitsraumes der
Kupplung und des mit dem Schöpfrohr versehenen Behälters aufzunehmen vermag.
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Um für den Speicherbehälter in Richtung gegen die Achse genügend Raum
zu schaffen, empfiehlt es sich, die Kupplung mit einem großen Verhältnis des Innendurchmessers
der Beschaufelung zu deren Außendurchmesser auszuführen. Dieses Verhältnis soll
größer als 0,4, vorzugsweise größer als 0,5
sein.
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Es sind an sich bereits Strömungskupplungen vorgeschlagen worden,
deren Durchmesserverhältnis größer als 0,4 ist, doch handelt es sich bei diesen
Vorschlägen teils um zufällige, nur aus schematischen Patentzeichnungen sich ergebende
Größenverhältnisse und teils um Kupplungen, bei denen das Durchmesserverhältnis
aus anderen Gründen in dieser Größenordnung gewählt wurde.
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Bei einer Ausführung gemäß der Erfindung fördert das zum Einstellen
des Füllungsgrades verschwenkbare oder verschiebbare Schöpfrohr in einen umlaufenden
Speicherbehälter, aus dem die Flüssigkeit durch Fliehkraft wieder in den Arbeitsraum
der Strömungskupplung zurückgelangt. Hierdurch wird die Anordnung einer besonderen
Füllpumpe oder eines Hochbehälters entbehrlich.
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Auch im Gleichgewichtszustand, also nach Erreichen des jeweils gewünschten
Füllungsgrades muß stets eine gewisse Menge der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum
der Kupplung über das Schöpfrohr in den Speicherbehälter und von diesem zurück in
den Arbeitsraum der Kupplung umlaufen, um die im Arbeitsraum der Kupplung entstehende
Wärme abzuführen. Dabei ist es besonders beachtlich, daß sich diese ölumlaufmenge
- wie Rechnung und Versuch gezeigt haben - bei einer Ausführung gemäß
der Erfindung in gewissen Grenzen mit dem Füllungsgrad ändert, und zwar etwa in
der gleichen Weise wie die bei den verschiedenen Betriebszuständen anfallende Wännemenge.
Diese Änderung der ölumlaufmenge tritt von selbst ein, also ohne besondere Steuereinrichtung,
was einen ganz erheblichen Vorteil bedeutet. Die Höhe des zur Kühlung dienenden
Umlaufes hängt dabei auch noch davon ab, ob das Kupplungsgehäuse und der Speicherbehälter
mit dem Pumpen- oder Turbinenrad verbunden wird. Bei einer Verbindung des Gehäuses
mit dem Turbinenrad ergibt sich eine Umlaufmenge und eine selbsttätige Änderung
der Umlaufmenge, wie sie besonders den Bedürfnissen beim Antrieb von Kreiselmaschinen
entspricht, während sich eine Ausführung, bei der das Gehäuse mit dem Pumpenrad
verbunden ist, hinsichtlich der Wärmeabfuhr besonders für Antriebe mit gleichbleibendem
Drehmomentbedarf eignet.
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Es ist ohne weiteres möglich, die Verbindungsleitung zwischen dem
Schöpfrohrauslaß und dem Speicherbehältereinlaß nach außen etwa über einen
besonderen
Kühler zu führen. Doch dürfte es in vielenAnwendungsfällen möglich sein, dieKupplung
so zu gestalten, daß durch Oberflächenkühlung genügend Wärine abgeführt wird. Die
Kupplung kann hierzu in an sich bekannter Weise mit einer ausreichend großen, etwa
noch durch Kühlrippen vergrößerten rotierenden Oberfläche versehen werden, wobei
dieFlüssigkeit auf ihremUmlauf vomArbeitsraum der Kupplung in den Speicherbehälter
und insbesondere von diesem zurück in den Arbeitsraum der Kupplung so geführt wird,
daß sie möglichst große und möglichst weit außen liegende Oberflächen bestreicht.
In der Verbindungsleitung zwischen Speicherbehälter und Arbeitsraum der Kupplung
ist außerdem eine den Umlauf im Gleichgewichtszustand begrenzende Drosselstelle
vorzusehen.
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Eine besonders starke Kühlwirkung ergibt sich dann, wenn das Kupplungsgehäuse
mit dem Turbinenrad verbunden wird und die Kupplung, etwa zum Antrieb einer Kreiselmaschine
dienend, unmittelbar in die Nabe dieser getriebenen Maschine eingebaut wird, derart,
daß das umlaufende Kupplungsgehäuse die von dem Medium der Kreiselmaschine bespülte
Nabe bildet. Eine solche Ausführung der Strömungskupplung gemäß der Erfindung eignet
sich besonders auch für den Antrieb von Kühlgebläsen, wobei das mit demSekundärteil
umlaufende Kupplungsgehäuse die Gebläseschaufeln trägt. Dabei wird die Drehzahl
des Gebläses zweckmäßig über einen Thermostat gesteuert, der etwa unmittelbar auf
eine das Schöpfrohr tragende Verstellwelle einwirkt.
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Eine Ausführung mit sekundärem Kupplungsgehäuse ist besonders auch
als Ausrückkupplung geeignet, also in solchen Fällen, wo gelegentlich bis auf 100,1/o
Schlupf heruntergeregelt werden muß und insbesondere wo in diesem Zustand außerdem
unter Umständen längere Zeit zu fahren ist. Der ölumlauf ist bei 10011/o Schlupf
in dieser Ausführung ein Minimum, da hierbei ja der Speicherbehälter wie ein ortsfester
Behälter stillsteht, und geringe in den Arbeitsraum der Kupplung gelangende ölmengen
durch den rotierenden Primärteil, etwa durch besondere daran befestigte Hilfsschaufeln
in Umlauf versetzt und durch das Schöpfrohr wieder herausgefördert werden. Außerdem
wirkt sich diese Ausführung für Ausrückkupplungen insofern günstig aus, als dabei
in ausgekuppeltem Zustand die Hauptmasse der Kupplung stillsteht und nur der innenliegende
Primärteil rotiert.
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Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden in die Verbindungsleitung
zwischen Speicherbehälter und Arbeitsraum der Kupplung Schnellfüllventile eingebaut,
deren öffnungsquerschnitt etwa vom Druck im Schöpfrohr gesteuert wird, derart, daß
das Ventil so lange geschlossen wird, wie das Schöpfrohr arbeitet, solange es also
aus dem Arbeitsraum der Kupplung abschöpft, jedoch sofort öffnet, sobald das Schöpfrohr
zur Erhöhung des Füllungsgrades der Kupplung teilweise oder ganz zurückgezogen bzw.
zurückgeschwenkt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Ab b. 1 zeigt die Ausführung einer Strömungskupplung mit einem
mit dem Turbinenrad verbundenen Speicherbehälter, wobei das Kupplungsgehäuse die
Nabe eines Gebläses bildet. A b b. 2 zeigt eine Ausführung mit einem am Pumpenrad
befestigten Kupplungsgehäuse und mit zusätzlichen Schnellfüllventilen (s.
A b b. 3) und mit einem mit dem Pumpenrad verbundenen Speicherbehälter und
A b b. 4 eine Ausführung mit tangential zur Welle verstellbarem Schöpfrohr.
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Nach Ab b. 1 ist auf der mit dem Motor gekuppelten Antriebswelle
1 das Pumpenrad 2 - angeflanscht. Das Turbinenrad 3 und ein
mit ihm verbundener Speicherbehälter 4 sitzen in der Nabe 5
eines Axialgebläselaufrades
mit den Schaufeln 6 und sind mit dieser Nabe fest verschraubt. Die Nabe
5
greift auch über das Pumpenrad 2 hinweg und stützt sich mit seiner stirnseitigen
Abschlußwand 7 über ein Lager 8 gegen den mit dem Gehäuse
9 über die Stützschaufeln 10 verbundenen Lagerschild 11 ab.
Auf der anderen Seite ist der Speicherbehälter mittels eines Lagers 12 gegen die
Antriebswelle abgestützt.
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Zwischen dem Pumpenrad 2 und der Stirnwand 7
befindet sich der
Behälter 13, in den das Schöpfrohr 14 hineingreift. Dieses ist mittels eines
hohlen Zapfens 15 in dem Arm 16 gelagert, der auf der durch eine zentrale
Bohrung des Lagerschildes hindurchgeführten Verstellwelle 17 sitzt. Das Lagerschild
trägt innerhalb des Lagers 8 ein Zahnsegment 28,
das mit einer Verzahnung
an dem hohlen Zapfen 15
des Schöpfrohres zusammenarbeitet.
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Der Arm 16 und die Verstellwelle 17 sind mit Leitungen
18 versehen, die über den Hohlzapfen 15 mit dem Schöpfrohr in Verbindung
stehen. Die Leitung 18 ist durch eine Bohrung in der Antriebswelle fortgesetzt
und mündet über mehrere radiale Bohrungen 19 in den Speicherbehälter 4. Aus
diesem führen Öffnungen 20 in einen zwischen dem Speicherbehälter 4 und der Nabe
5 frei gelassenen zylindrischen Ringraum 21, von dem die Bohrungen 22 in
den Arbeitsraum 23 führen. Zwischen dem Pumpenrad 2 und der Nahe
5 ist ein Ringraum 24, über den der Arbeitsraum der Kupplung mit dem Behälter
13 in Verbindung steht. Außerdem sind an der Nabe des Pumpenrades Verbindungsöffnungen
25 vorgesehen. An beiden Enden schließt je ein Dichtungsring
26
bzw. 27 die Kupplung öldicht nach außen ab. An die Schöpfrohrdruckleitung
sind kleine Schmierleitungen 70, 71 zu den Lagern angeschlossen.
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Der Außendurchmesser D,4 des Behälterinnenraumes ist, wie ersichtlich,
etwas größer als der Innendurchmesser Di des Arbeitsraumes der Strömungskupplung,
während sein Innendurchmesser bis zu den Wälzlagem reicht. Der Außendurchmesser
der Kupplung ist mit D" bezeichnet Beim Anfahren aus dem Stillstand mit nach innen
zurückgezogenem Schöpfrohr wird das in der unteren Hälfte des Arbeitsraumes der
Kupplung befindliehe Öl vom Pumpenrad erfaßt und in Umlauf versetzt und dadurch
allmählich das Turbinenrad mitgenommen. Sobald sich dieses zu drehen beginnt, wird
die im Speicherbehälter befindliche Flüssigkeit durch die öffnungen 20 nach außen
und in den Arbeitsraum der Kupplung gedrängt, bis der Arbeitskreislauf voll gefüllt
ist und die Kupplung mit 2 bis 30/0 Schlupf läuft.
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Zur Verringerung der Sekundärdrehzahl wird das Schöpfrohr selbsttätig
oder willkürlich verschwenkt so daß seine Schöpföffnung auf einen größeren Durchmesser
kommt. Das Schöpfrohr schöpft dann
aus dem Behälter 13, in
dem sich jeweils eine dem Füllungsgrad der Kupplung entsprechende Spiegelhöhe einstellt,
einen der Stellung des Schöpfrohres entsprechenden Teil der Flüssigkeit ab und führt
ihn durch das Schöpfrohr 14, durch den hohlen Zapfen 15, die Leitungen
18 und 19 in den Speicherbehälter4, in dem sich dann ein höherer ölspiegel
einstellt, da das Schöpfrohr mehr zu schöpfen vermag, als durch die Drossel 22 aus
dem Speicherbehälter zurück in denArbeitsraum derKupplung zu strömen vermag. Nach
Erreichen des Gleichgewichtszustands wird ein kleiner ölumlauf aufrechterhalten,
der die in der Kupplung entstehende Wärine abführt. Durch das Entlangführen des
ölstroms an der von der Luft bestrichenen Nabe des Gebläses wird eine starke Kühlung
des Kupplungsöls erzielt.
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In besonderen Fällen wird es zweckmäßig sein, den zylindrischen Ringraum
21 statt über die Bohrungen 22 durch die gestrichelt eingezeichneten Bohrungen 22a
mit dem mit dem Schöpfrohr versehenen Behälter 13 zu verbinden. Hierdurch
wird erreicht, daß die Sekundärseite schneller abgekuppelt werden kann. Wenn nämlich
das Schöpfrohr 14 mit seiner Mündung auf den größten Durchmesser gebracht wird,
dann wird durch das Schöpfrohr zwar sehr schnell der Inhalt des Arbeitsraumes abgeschöpft
und in den Speicherbehälter geschafft; da dieser aber erst allmählich mit seiner
Drehzahl heruntergeht, wird durch Fliehkraft noch weiterhin aus ihm Flüssigkeit
in den Ringraum 21 gedrückt. Diese Flüssigkeit kann dann aber durch die Bohrungen
22 a unmittelbar wieder in den Behälter 13 geleitet werden, ohne vorher mit
der Beschaufelung im Arbeitsraum der Kupplung in Berührung zu kommen.
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Die Bohrungen 22 a können in ihrem Querschnitt größer gehalten werden
als die Bohrungen 22, wobei sowohl die Bohrungen 22 als auch die Bohrungen 22a vorgesehen
werden können.
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Bei dem in Ab b. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der Speicherbehälter 30 und das Gehäuse 31 der Strömungskupplung
mit dem Pumpenrad 32
der Kupplung verbunden. Zwischen dem Turbinenrad
33 und der Stirnwand des Gehäuses 31 liegt der Behälter 34, in den
das Schöpfrohr 35 hineinragt. Das Schöpfrohr ist in einem feststehenden Gehäuseteil
36 um eine zur Kupplungsachse parallelen Achse drehbar gelagert. Die Antriebswelle
37 ist über ein glockenförmiges Gehäuse 38 und eine elastische Kupplung
39 mit dem Speicherbehälter 30 verbunden und über einen kugelig ausgebildeten
zentralen Zapfen 40 gegen diesen Speicherbehälter abgestützt.
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Wie besonders aus Abb. 3 ersichtlich ist, ist in die Verbindungsleitung
41, 42, die vom Speicherbehälter in den Arbeitsraum der Kupplung führt, ein Ventil
eingebaut, das aus einem Ventilsitz 43 und einer frei beweglichen Membran 44 besteht.
Unter der Membran ist ein kleiner Druckraum vorgesehen, der über eine Steuerleitung
45 mit der Schöpfrohrdruckleitung in Verbindung steht. Der Druckraum ist über kleine
Bohrungen 46 in der Membran an die Leitung 42 angeschlossen.
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Solange das Schöpfrohr während des Betriebs etwas in den ölspiegel
des Behälters eintaucht, um den zum Abführen der in der Kupplung entstehenden Wärme
notwendigen Ölumlauf zu erzwingen, herrscht in der Schöpfrohrleitung Druck, der
sich durch die Steuerleitung 45 in den Druckraum unter der Membran 44 fortsetzt
und diese gegen den Ventilsitz preßt. Sobald aber das Schöpfrohr zur Erzielung eines
größeren Füllungsgrades um einen größeren oder kleineren Betrag zürückgeschwenkt
wird, setzt der Druck in der Steuerleitung dadurch, daß sich die Steuerleitung mangels
weiteren Zuflusses teilweise durch die öffnung 46 entleert, vorübergehend aus, so
daß der Druck des öls in der Leitung 41 auf die kleinere obere Fläche der Membran
wirksam wird und das Ventil zwecks schneller zusätzlicher Füllung der Strömungskupplung
öffnet. Das Ventil schließt sich sofort wieder, wenn der Innendurchmesser des ölringes
in der Schöpfrohrkammer und damit gleichzeitig der Füllungsgrad der Kupplung auf
den durch die neue Schöpfrohrstellung gegebenen Wert angestiegen ist und das Schöpfrohr
zur Erzwingung des Kühlölumlaufes wieder fördert. Im Dauerbetrieb läuft nur ein
kleiner, durch die öffnungen 46 in der Membran bestimmter ölstrom mit geringem Energieverbrauch
um.
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In ähnlicher Weise könnte das Schnellventil auch bei einer Ausführung
mit sekundärseitig umlaufendem Speicherbehälter angeordnet werden. Bei der gezeigten
Ausbildung des Ventils soll es sich ebenfalls nur um ein Ausführungsbeispiel handeln.
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Die in Abb. 4 gezeigte Strömungskupplung mit dem Pumpenrad
52 und dem Turbinenrad 53 besitzt einen mit dem Pumpenrad verbundenen
Speicherbehälter 54, dessen Außendurchmesser DA wiederum etwa dem Innendurchmesser
D, des Arbeitsraumes der Strömungskupplung entspricht. Der Speicherbehälter stützt
sich mit seiner Stimwand 55 über ein Lager 56 auf die nach vorn verlängerte
Abtriebswelle 57 ab. Er ist mittels einer Membran 58 an die Antriebswelle
51 angeffanscht. über ein balliges Lager 59 sind die Antriebswelle
und die Stimwand 55 gegeneinander abgestützt. über die Scheibe
60
und das Lager61 stützt sich das Pumpenrad gegen die Abtriebswelle ab. Das
Turbinenrad ist mittels der Scheibe 62 an der Abtriebswelle angeflanscht.
Zwischen dem Turbinenrad und der hinteren Stirnwand 63 des Kupplungsgehäuses
liegt der Behälter 64, in dem das Schöpfrohr 65 angeordnet ist. Dieses ist
in einem in den Behälter hineinragenden Arm 66,
der am feststehenden Teil
67 befestigt ist, verschiebbar gelagert. Das Schöpfrohr ist mit einer Verzahnung
versehen, in die ein im Gehäuseteil 67 konzentrisch zur Abtriebswelle liegendes
drehbares Zahnradsegment 68 eingreift. Zur Verdrehung des Zahnsegments und
damit zur Verschiebung des Schöpfrohres dient der Verstellhebel 69.