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Strömungskupplung mit Füllungsregelung Die Hauptpatentanmeldung V
6011 XII/47c betrifft eine durch ein verstellbares Schöpfrohr in ihrem Füllungsgrad
regelbare Strömungskupplung, bei der das Verstellschöpfrohr in eine neben dem Arbeitsraum
der Kupplung liegende und mit diesem ein kommunizierendes Gefäß bildende und wenigstens
weitgehend in ungedrosselter Verbindung stehende Kammer eingreift und bei der mit
diesem Verstellschöpfrohr ein weiteres Schöpfrohr zu gegenläufiger Bewegung gekuppelt
ist, das in einen weiteren mit dem Pumpen- oder Turbinenrad umlaufenden Behälter
eingreift. Bei einer Betätigung des einen Schöpfrohres mit seiner Schöpföffnung
radial nach außen wird der Arbeitsraum der Kupplung entleert und unter gleichzeitiger
Bewegung der Schöpföffnung des anderen Schöpfrohres radial nach innen die Vorratskammer
gefüllt. Bei umgekehrter Bewegung der Schöpfrohre wird der Vorratsbehälter entleert
und der Arbeitsraum der Kupplung gefüllt. Durch Festhalten der Verstellschöpfrohre
in irgendeiner Zwischenstellung kann jeder beliebige Füllungsgrad der Kupplung eingestellt
werden. Die Schöpfrohre können nach der Hauptpatentanmeldung entweder um eine zur
Kupplungsachse parallele Achse verdreht, mit ihrer Schöpföffnung also verschwenkt
oder aber auch radial verschoben werden.
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Die vorliegende Zusatzerfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung
solcher Kupplungen. Sie besteht in dem Vorschlag, die beiden zu gegenläufiger Bewegung
miteinander gekuppelten Schöpfrohre zu einem gemeinsamen Teil zusammenzufassen,
also etwa aus einem Stück Rohr zu bilden, das an beiden Enden je eine Schöpföffnung
aufweist und das, wie bei einfachen Schöpfrohren an sich bekannt, in einem feststehenden
Gehäuse verschiebbar gelagert ist, jedoch derart, daß das eine Ende des Doppelschöpfrohres
in das mit dem Arbeitsraum kommunizierende Gefäß und das andere Ende in den mitumlaufenden
Vorratsbehälter ragt.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung werden die beiden durch
ein einziges Stück gebildeten Schöpfrohre auch hydraulisch miteinander verbunden,
derart, daß die Entleerung des mit dem Arbeitsraum kommunizierenden Gefäßes und
damit des Arbeitsraumes mittels des in dieses Gefäß eintauchenden Schöpfrohres durch
das andere Schöpfrohr hindurch in den umlaufenden Vorratsbehälter und die Entleerung
des mitumlaufenden Vorratsbehälters mittels des in diesen eintauchenden Schöpfrohres
durch das zuerst genannte Schöpfrohr hindurch in das mit dem Arbeitsraum kommunizierende
Gefäß und damit in den Arbeitsraum erfolgt. Bei der Ausbildung der Kupplung gemäß
der Erfindung wird die Drehmomentreaktion von der Führung für das Schöpfrohr aufgenommen,
so daß nur geringe Kräfte zum Verstellen des Schöpfrohres erforderlich sind, die
ohne weiteres von Hand aufgebracht werden können. Hierdurch wird die Kupplung einfacher
und leicht bedienbar.
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Vorzugsweise ist der Vorratsbehälter so gestaltet, daß bei der Endstellung
des Schöpfrohres, in der der Arbeitsraum leer ist, der Radius der inneren Begrenzung
des Flüssigkeitsringes im Vorratsbehälter kleiner ist als der äußere Radius des
Arbeitsraumes, so daß eine Zentrifugalkraft vorhanden ist, die durch an sich bekannte
Öffnungen eine nach innen in den Arbeitsraum gerichtete Strömung von Kühlflüssigkeit
aufrechterhält.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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F i g. 1 ist ein Schnitt durch eine hydrodynamische Kupplung nach
der Erfindung mit einem Doppelschöpfrohr;
F i g. 2 ist eine Ansicht
in Richtung des Pfeiles A eines Teiles der Kupplung nach F i g. 1; F i g. 3 ist
ein Schnitt durch eine mit zwei Doppelschöpfrohren ausgerüstete hydrodynamische
Kupplung nach der Erfindung.
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Die in F i g. 1 und 2 dargestellte hydrodynamische Kupplung weist
ein Pumpenrad 1 und ein Turbinenrad 2 auf, die zusammen den Arbeitsraum
bilden. Die Rückwand 3 des Pumpenrades 1 ist in der Nähe seines Umfangs mit einem
Gehäuse verbunden, das ein zylindrisches Teil 4, welches in Achsrichtung
über die Wand 3 hinwegragt, und ein kegelstumpfförmiges Teil 5 umfaßt, welches
sich radial nach innen zur Turbinenradwelle 6 hin und von dem Pumpenrad
1 weg erstreckt. Das Kegelteil 5 weist eine zentrale Öffnung auf, deren Durchmesser
größer ist als ein auf der Turbinenradwelle 6 vorgesehenes stationäres Schöpfrohrgehäuse
7. An dem erstgenannten Gehäuse ist in der Nähe der Verbindungsstelle des zylindrischen
Teiles 4 mit dem Kegelteil 5 ein Gehäuse 8 befestigt, welches zusammen mit
dem Kegelteil 5 einen Vorratsbehälter 9 bildet, dessen Abschlußwand
eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser aufweist, der ein wenig größer als das
stationäre Schöpfrohrgehäuse 7 ist, welches sich durch die öffnungen in den Teilen
5 und 8 hindurch erstreckt.
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Das stationäre Gehäuse 7 dient als Führung für ein doppelerdiges Schöpfrohr
10, an dessen Enden entgegengesetzt gerichtete Schöpföffnungen vorgesehen
sind, die oberhalb der Turbinenradwelle 6 in den Vorratsbehälter 9 bzw. unterhalb
der Welle 6 in den Raum 11 münden, der zwischen dem kegeligen Teil 5 und
einem an seiner Peripherie am Teil 4 befestigten ringförmigen Gehäuse
5 a liegt. Der mit dem Arbeitsraum ein kommunizierendes Gefäß bildende Raum
11 wird im folgenden als Schöpfkammer bezeichnet. In der Nähe der Peripherie
des Gehäuses 5 a ist durch Öffnungen 5 b eine zumindest angenähert urgedrosselte
Verbindung zwischen der Schöpfkammer und dem Arbeitsraum hergestellt. Das Schöpfrohr
10, welches so zu der Achse der Kupplung geneigt liegt, daß es unterhalb
der Kupplungsachse etwa parallel zu dem kegeligen Teil 5 verläuft, ist in dem feststehenden
Gehäuse 7 längsverschieblich angeordnet.
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Wenn die Kupplung mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist und das Schöpfrohr
10 die in ausgezogenen Linien angedeutete oberste bzw. aus der Schöpfkammer
11 zurückgezogene Stellung einnimmt, ist in dieser Kammer 11, die über den
ringförmigen Spalt zwischen dem Pumpenrad 1 und dem Turbinenrad 2 in urgedrosselter
Verbindung mit dem von Pumpenrad und Turbinenrad gebildeten Arbeitsraum steht, ein
Flüssigkeitsring ausgebildet, dessen radiale Innenbegrenzung etwa gleich der inneren
Begrenzung des Flüssigkeitswirbelringes im Arbeitsraum ist. Die untere Schöpfrohröffnung,
die in zu der Bewegungsrichtung des Flüssigkeitsringes in der Schöpfkammer
11 entgegengesetzte Richtung weist, fällt ungefähr mit der Innenbegrenzung
dieses Ringes zusammen.
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Soll der Arbeitsraum entleert werden, so wird das Schöpfrohr
10 in Längsrichtung in seine durch einen nicht dargestellten Anschlag bestimmte
untere Grenzlage derart verschoben, daß das untere Ende des Schöpfrohres
10, wie strichpunktiert angegeben ist, in den Flüssigkeitsring in der Schöpfkammer
11 hineinragt, wobei die untere Schöpföffnung sich in der Nähe der Verbindungsstelle
des zylindrischen Teiles 4
und des kegeligen Teiles 5 befindet. Hierdurch
wird die Flüssigkeit rasch aus der Schöpfkammer 11 in den Vorratsbehälter
9 übergeführt, und zwar direkt durch das Schöpfrohr 10 hindurch, so daß der Arbeitsraum
rasch entleert wird. Die in den Vorratsbehälter 9 übergeführte Flüssigkeit bildet
einen rotierenden Ring, dessen Innenbegrenzung nunmehr ungefähr mit der oberen Öffnung
des Schöpfrohres 10 zusammenfällt.
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Um den Arbeitsraum wieder zu füllen, wird das Schöpfrohr 10 nach oben
in seine durch einen nicht dargestellten Anschlag bestimmte obere Höchstlage verschoben,
wodurch das obere Ende des Schöpfrohres 10 in den Flüssigkeitsring im Vorratsbehälter
9 eingetaucht und das untere Ende des Schöpfrohres 10 aus der Schöpfkammer 11 zurückgezogen
wird. Die obere Schöpföffnung weist in zu der Drehrichtung des Flüssigkeitsringes
im Vorratsbehälter 9 entgegengesetzte Richtung, wodurch die Flüssigkeit rasch direkt
durch das Schöpfrohr 10 hindurch aus dem Vorratsbehälter 9 in die Schöpfkammer
11 und von dort in den Arbeitsraum übergeführt wird. Um zu ermöglichen, daß
die ganze Flüssigkeit übergeführt werden kann, ist der Vorratsbehälter 9 mit einer
Ringnut 12 versehen, in welcher sich die obere Schöpföffnung befindet, wenn
das Schöpfrohr 10 seine höchste Stellung einnimmt.
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Es ist wünschenswert, gewisse Größenverhältnisse zwischen dem Vorratsbehälter
9 einerseits und dem Arbeitsraum und der Schöpfkammer andererseits einzuhalten,
so daß beim Verschieben des Schöpfrohres aus seiner zurückgezogenen in seine voll
in die Schöpfkammer 11 reichende Lage das durch das Schöpfrohr 10 im Vorratsbehälter
übergeführte Flüssigkeitsvolumen im wesentlichen demjenigen Volumen gleich ist,
das durch das Schöpfrohr aus der Vorratskammer in den Arbeitsraum übergeführt wird,
wenn das Schöpfrohr um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Richtung bewegt
wird. Hierdurch wird auch sichergestellt, daß die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsraum
und der Vorratskammer 11 sowohl bei umlaufender Kupplung - die Flüssigkeit
wird dann unter Zentrifugalwirkung zurückgehalten - als auch bei stillstehender
Kupplung verbleibt. Bei stillstehender Kupplung sammelt sich die Flüssigkeit in
dem unteren Teil des Vorratsbehälters und des Arbeitsraumes.
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Die Bedienungseinrichtung für das Schöpfrohr umfaßt einen Hebel 13
a (F i g. 2), mit dem die erwähnten Anschläge zusammenarbeiten, um die Verschiebung
des Schöpfrohres 10 zu begrenzen. Der Hebel 13 a betätigt eine Zahnstange
25, die ihrerseits mit den Zähnen 24 einer Hülse 18 zusammenwirkt, die auf
der Welle 6 eine Winkelbewegung ausführen kann und mit Zähnen 17 ausgerüstet ist,
welche mit nicht dargestellten Zahnstangenzähnen an dem Schöpfrohr 10 zusammenwirken.
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Gegebenenfalls kann das Schöpfrohr die ganze Flüssigkeit oder einen
Teil derselben von der Schöpfkammer 11 über einen Kühler in den Vorratsbehälter
9 überzuführen. Zu diesem Zwecke ist das Schöpfrohr 10 mit Öffnungen versehen, die
in der ausgeschobenen Stellung des Schöpfrohres mit in dem Gehäuse 7 vorgesehenen
Kanälen in Verbindung stehen, die ihrerseits in Verbindung mit Zu-und Ableitungsrohren
13 und 14 eines Kühlers stehen.
In dem in F i g. 3
dargestellten Ausführungbeispiel der Erfindung ist die Kupplung mit zwei Schöpfrohren
15 und 16 ausgerüstet, die beide in dem feststehenden Schöpfrohrgehäuse 7 längsverschieblich
sind. Das eine Ende des Schöpfrohres 15 ragt in den oberhalb des Gehäuses 7 befindlichen
Teil der Schöpfkammer 11; das andere Ende ragt in den Vorratsbehälter 9 unterhalb
des Gehäuses 7. Das in strichpunktierten Linien eingezeichnete Schöpfrohr 16 ragt
mit seinem einen Ende in die Schöpfkammer 11 unterhalb des Gehäuses 7 und
mit dem anderen Ende in den Vorratsbehälter 9 oberhalb des Gehäuses 7. Die beiden
Schöpfrohre sind mechanisch derart miteinander verbunden, daß ihre Funktionen immer
die gleichen sind, also beide gemeinsam in die Schöpfkammer hineingeführt oder aus
dieser zurückgezogen werden.
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Dadurch, daß die Einrichtung so getroffen ist, daß bei jedem der Schöpfrohre
15 und 16 die Flüssigkeit unmittelbar durch das Schöpfrohr hindurch aus einer Kammer
in die andere Kammer übergeführt wird, werden die Arbeitsgänge des Füllens und Entleerens
des Arbeitsraumes im Vergleich zu der Einrichtung gemäß F i g. 1 und 2 beschleunigt,
bei der nur ein Schöpfrohr vorgesehen ist.
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Je nach Wunsch können auch drei oder mehr mechanisch miteinander verbundene
Schöpfrohre vorgesehen sein, um die zum Füllen und Entleeren des Arbeitsumlaufs
erforderlichen Zeiten noch weiter zu verkürzen.
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Wenn wie in F i g. 3 zwei Schöpfrohre oder wenn noch mehr Schöpfrohre
vorgesehen sind, kann eines derselben, beispielsweise das Schöpfrohr 15, so angeordnet
sein, daß durch dieses Schöpfrohr Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter 9 direkt in
die Schöpfkammer 11 befördert wird, und umgekehrt, während das andere Schöpfrohr
16 dazu dienen kann, die Flüssigkeit durch den Kühler hindurch zu führen, wenn das
Schöpfrohr 15 sich in der zurückgezogenen Stellung befindet, in welcher die Arbeitskammer
gefüllt wird. Zu diesem Zweck sind in der Nähe des Umfangs des kegeligen Teiles
5 Leckdüsen vorgesehen, so daß durch diese Drosselstelle Flüssigkeit langsam aus
der gefüllten Arbeitskammer und Schöpfkammer in den Vorratsbehälter 9 fließen kann.
Das Schöpfrohr 16 ist so ausgebildet, daß es weiter in die Nut 12 hineinragt als
das Schöpfrohr 15, so daß der schmale Flüssigkeitsring, welcher sich durch das Austreten
von Flüssigkeit durch die Leckdüsen hindurch in der Nut sammelt, durch das Schöpfrohr
16 abgezogen wird, bevor er eine Dicke annehmen kann, welche ein Abziehen durch
das Schöpfrohr 15 hervorrufen würde. Das Schöpfrohr 16 ist mit Öffnungen versehen,
welche dann, wenn das Schöpfrohr 16 aus der Schöpfkammer 11 zurückgezogen ist, sich
mit Axialkanälen decken, die in dem feststehenden Gehäuse 7 vorgesehen sind und
die Verbindung mit dem Kühler bilden. Auf diese Weise wird Flüssigkeit, die durch
das Schöpfrohr 16 abgezogen wird, durch ein Ende des Schöpfrohres 16 hindurch
über einen dieser Kanäle zu dem Kühler und über ein oder mehrere andere dieser Kanäle
und das andere Ende des Schöpfrohres hindurch zu dem Arbeitsraum geführt.
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Falls erwünscht, können in dem kegeligen Teil 5 ein oder mehrere durch
Zentrifugalkraft gesteuerte Ventile vorgesehen sein, die bei geringer Geschwindigkeit
und bei Stillstand der Kupplung geöffnet sind und sich bei einer vorgegebenen Umlaufgeschwindigkeit
des Pumpenrades 1 schließen. Solange diese Ventile offen sind, kann Flüssigkeit
durch sie hindurch schnell aus dem Arbeitsraum und der Schöpfkammer in den Vorratsbehälter
übertreten, wodurch der Arbeitsraum teilweise entleert wird, falls sie unter diesen
Umständen voll ist.
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Die obenerwähnte mechanische Verbindung der Schöpfrohre 15 und 16
kann, wie dargestellt, durch Zähne 17 bewirkt werden, die auf einer auf der Turbinenradwelle
6 verdrehbar angeordneten Hülse 18 vorgesehen sind und mit Zahnstangenzähnen an
den Schöpfrohren zusammenarbeiten. Die Bedienungseinrichtung für die Schöpfrohre
umfaßt einen Hebel 20 auf einem Zapfen 21, der einen Sektor
22
mit Innenverzahnung trägt, dessen Zähne 23 in Zähne 24 auf der Hülse 18
eingreifen. Eine Winkelbewegung des Hebels 20 bewirkt eine Winkeldrehung des Sektors
22 und demgemäß der Hülse 18, wodurch die Schöpfrohre 15 und 16 gemeinsam in Längsrichtung
verschoben werden.