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Reversierbare hydrodynamische Kupplung Die Erfindung bezieht sich
auf eine reservierbare hydrodynamische Kupplung, die in einem als Flüssigkeitssammelbehälter
dienenden Gehäuse angeordnet ist, mit einer von derAntriebswelle angetriebenen,
in beiden Drehrichtungen gleichbleibend fördernden Pumpe, die Flüssigkeit aus dem
Sammelbehälter in die Arbeitskammer fördert, und mit einem mit dem Pumpenrad verbundenen
Gehäuse, welches mit dem Turbinenrad eine mit der Arbeitskammer über einen äußeren
Ringspalt in Verbindung stehende Schöpfkammer bildet, in die ein das Flüssigkeitsvolumen
in der Schöpf- und der Arbeitskammer regelndes, in beiden Drehrichtungen wirksames,
radial zur Kupplungsachse verstellbares Schöpfrohr eingreift, welches die aufgenommene
Flüssigkeit in den Behälter zurückfördert.
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Bei einer bekannten Kupplung dieser Art wird die von der Pumpe geförderte
Flüssigkeit über ein Regelventil durch öffnungen nahe dem inneren Umfang der Arbeitskammer
in diese eingespeist, die durch den äußeren Ringspalt in die Schöpfkammer austreten
kann. Hierbei wird die Füllung derArbeitskammer einmal durch die Stellung des Schöpfrohres
und zum anderen durch die des Regelventils bestimmt. Das Regelventil und die dasselbe
steuernden Getriebe stellen einen recht erheblichen Aufwand dar, der die Turbokupplung
nicht nur verteuert, sondern durch die erforderlichen beweglichen Teile auch störanfällig
macht.
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Es sind ferner reversierbare hydrodynamische Kupplungen bekannt, die
entweder zwei in entgegengesetzten Richtungen wirksame Schöpfrohre oder auch nur
ein Schöpfrohr mit gegensinnig angeordneten Schöpföffnungen benutzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die einen wesentlich einfacheren Aufbau als die bekannten
Kupplungen hat und daher wirtschaftlicher herstellbar ist, wobei die Füllung und
Entleerung der Arbeitskammer auch in einfacher, aber trotzdem wirksamer Weise erzielt
werden soll, um günstige Betriebseigenschaften der Kupplung sowohl unter Anlauf-
als auch unter Überlastbedingungen zu gewährleisten.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung ist gekennzeichnet durch mehrere
die Flüssigkeit unmittelbar aus der Schöpfkammer durch den äußeren Ringspalt in
die Arbeitskammer fördernde, sich radial an der Innenfläche der Schöpfkammer erstreckende
Flügel.
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Um eine besonders gute Strömungsführung aus der Schöpfkammer in die
Arbeitskammer zu erzielen, sieht die Erfindung gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung
vor, daß die Schöpfkammer einen sich zu dem äußeren Ringspalt im Durchmesser allmählich
erweiternden Umfangsabschnitt aufweist, von dem sich die Flügel radial einwärts
erstrecken. Zweckmäßig kann hierbei der sich erweiternde Ab-
schnitt der Schöpfkammer
kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
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Um einen wirksamen überlastungsschutz zu bilden, besteht eine weitere
Ausbildung der Erfindung darin, daß zur Flüssigkeitsleitung mehrere im Turbinenrad
dieAntriebskammer mit derSchöpfkammer verbindende Bohrungen vorgesehen sind und
daß die durch die Bohrungen strömende Flüssigkeit durch eine in der Schöpfkammer
angeordnete Ablenkplatte radial nach außen abgelenkt und in die Schöpfkammer zurückgeführt-
wird.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand zweier Ausführungsbeispiele in
Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigt F i g. 1 einen
Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung unter Verwendung eines Elektromotors
als Antriebsquelle, F i g. 2 eine geschnittene Teilansicht entlang der Linie
2-2 der F i g. 1 in vergrößertem Maßstab, F i g. 3 einen Schnitt entlang
der Linie 3-3 der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, F i g. 4
eine Ansicht auf die Strömungsmittelspeisepumpe bei abgenommener Seitenplatte, F
i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie 5-5 der F i g. 4,
F
i g. 6 eine vergrößerte Teilansicht auf das Ende des zweiseitig wirkenden
Schöpfrohres, F i g. 7 eine vergrößerte Teilansicht der manuellen Einstellvorrichtung
für das Schöpfrohr, wie es bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 verwendet
wird, F i g. 8 eine verkleinerte Seitenansicht der Anordnung gemäß F ig.
1, bei der jedoch eine automatische Schöpfrohrsteuerung vorgesehen ist, und
F i g. 9 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform, bei der an beiden
Enden der Kupplungsanlage Abschlußkappen vorgesehen sind und die Kupplung mit einem
Riementrieb, einer flexiblen Kupplung od. dgl. angetrieben wird.
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Die Kupplungsanlage 10 besteht aus einem Gehäuse 12, welches
als Strömungsmittelreservoir 14 und als Umhüllung für Schaufelräder, Lager, Strömungsspeisepumpe
und Schöpfrohr dient. Die erwähnten Bauelemente werden nachfolgend noch im einzelnen
beschrieben.
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Das Gehäuse 12 ist an gegenüberliegenden Seiten mit Öffnungen
16 und 18 versehen, von denen die öffnung 16 bei der Ausführungsform
gemäß F i g. 1
durch die Motormontageplatte 20 des Elektromotors 22 verschlossen
ist, während die gegenüberliegende öffnung 18 durch die Abschlußkappe 24
abgedeckt ist. Wie nachfolgend noch näher zu erläutern, kann die Montageplatte 20
zusammen mit dem Motor 22 ebenfalls durch eine Abschlußkappe ersetzt werden, die
ähnlich ist wie die Abschlußkappe 24, wobei dann zum Antrieb der Antriebswelle ein
Treibriemen, eine flexible Kupplung od. dgl. verwendet werden kann.
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Die Motormontageplatte 20 ist mit einer Mehrzahl von Schrauben und
Muttern 26 am Gehäuse 12 befestigt. In das Innere des Gehäuses ragt die Antriebswelle
28 hinein, auf welche die Antriebsnabe 30 aufgekeilt ist. Die Nabe
30 trägt das Pumpenrad 32,
welches an der Nabe mit einer Mehrzahl von
Schrauben und Muttern 34 befestigt ist. Am inneren Umfang des Pumpenrades
32 befindet sich eine Schulterfläche 36, welche zusammen mit
der Antriebsnabe eine Dichtung 38 in ihrer Lage sichert, die die Aufgabe
hat, ein Entweichen des Arbeitsmittels entlang der Antriebswelle 28 zu verhindern.
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Die Abschlußkappe 24 ist am gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 12
mit Hilfe einer Mehrzahl von Schraubbolzen und Muttern 40 befestigt. Axial durch
die Abschlußkappe 24 hindurch erstreckt sich die Abtriebswelle 42, die auf ihrem
inneren Ende das Turbinenrad 44 trägt. Das Turbinenrad 44 ist dem Pumpenrad
32 gegenüberliegend angeordnet, um mit diesem zusammen eine Arbeitskammer
46 zu schaffen, in welcher eine Strömungsmittelkupplung zwischen der Antriebswelle
28 und der Abtriebswelle 42 erfolgen kann.
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Am äußeren Umfang des Pumpenrades 32 ist ein Gehäuse 48 befestigt,
welches sich axial erstreckt und in Richtung auf die Abtriebswelle zu konvergiert.
Dieses Gehäuse 48 umschließt das Turbinenrad 44 und bildet eine Schöpfkammer
50. Am Umfang der Schöpfkammer ist eine Reihe von radialen Flügeln
51 angebracht, welchen die Aufgabe zukommt, den Übertritt des Arbeitsmittels
von der Schöpfkammer 50 zur Arbeitskammer 46 zu unterstützen, wenn die Lastbedingungen
eine solche Überführung von Arbeitsmitteln erfordern. Das Gehäuse 48 endet kurz
vor der Abtriebswelle 42 und läßt an dieser Stelle eine öffnung 52 frei,
über die ein Schöpfrohr 54 in die Schöpfkammer 50 eingeführt werden kann.
Das Schöpfrohr 54 ist mit Hilfe eines an der stationären Abschlußkappe 24 befestigten
Tragbügels 56 axial verschieblich gelagert. Eine öffnung 58 in der
Endkappe ermöglicht es, das Schöpfrohr innerhalb einer Dichtung 60 aus dem
Gehäuse 12 herauszuführen, um dort die Verstellvorrichtung 62 anzubringen,
mit der das Ausmaß festgelegt wird, um das das Schöpfrohr 54 in die Schöpfkammer
50 hineinragt, um die Füllung der Schöpfkammer mit Arbeitsmittel einzuregeln.
Diese Einregelung der Füllung der Schöpfkammer beeinflußt unmittelbar die in der
Arbeitskammer 46 vorhandene Arbeitsmittelmenge und damit auch die Drehzahl und das
Abtriebsdrehmoment der Abtriebswelle 42.
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Das mit Hilfe des Schöpfrohres 54 aus der Schöpfkammer 50 entnommene
Arbeitsmittel wird von dem Schöpfrohr über eine Reihe von in axialer Richtung hintereinanderliegenden
Öffnungen 64 in den Arbeitsmittelsammelbehälter 14 abgeführt. Der Normalpegel des
Arbeitsmittels im Sammelbehälter 14 liegt in der Nähe der in F i g. 1 eingezeichneten
Linie 66. Die Rückführung des Arbeitsmittels zur Schöpfkammer 50 und
zur Arbeitskammer 46 erfolgt mit Hilfe der reversierbaren Turbinenpumpe
68, die teilweise eingetaucht in dem Arbeitsmittel enthaltenden Sammelbehälter
14 angeordnet ist.
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Das Gehäuse der Pumpe 68 ist an der einen Seitenwand einer
mit der Stimwand des Gehäuses 12 verbundenen Wanne 70 befestigt. Die Pumpenwelle
72 ragt in die Wanne 70 hinein und trägt innerhalb dieser ein Kettenrad
74. Dieses Kettenrad 74 ist auf ein weiteres Kettenrad 76, welches auf die
Antriebsnabe 30 aufgesetzt ist, vertikal ausgerichtet. Die beiden Kettenräder
74 und 76 bilden zusammen mit der sie umschlingenden Antriebskette
78 einen Kettentrieb zwischen der Antriebswelle 28 und der Pumpenwelle
72, so daß sich die letztere in der gleichen Umlaufrichtung dreht wie die
erstere.
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Die Pumpe 68 ist so ausgebildet, daß sie unabhän-gig
von der Drehrichtung der Pumpenwelle 72 das Arbeitsmittel fördert. Wie die
F i g. 4 und 5 zeigen, ist das Speisepumpenrad auf beiden Seiten mit
radial gerichteten Flügeln 78 versehen. Am Pumpengehäuse befindet sich in
der Bodenfläche eine Ansaugöffnung 80 und an der Oberseite eine Förder- oder
Austrittsöffnung 82. An beiden Seiten des Gehäuses befindet sich den Flügeln
78 gegenüber ein Ringkanal 84, über den das Arbeitsmittel vom Einlaß
80 zum Auslaß 82 strömen kann. Um zu verhindern, daß ein großer Teil
des Arbeitsmittels kontinuierlich in den Kanälen 84 zirkuliert, sind quer zu den
Kanälen unter der Mitte der Auslaßöffnung 82 zwei Leitbleche 86 befestigt.
Auf Grund dieser Anordnung kann das Arbeitsmittel, ob es nun in den Kanälen 84 in
Uhrzeigerrichtung oder entgegengesetzt strömt, nur in die Abflußöffnung
82 gelangen, da die Leitbleche 86 einen weiteren Umlauf des Arbeitsmittels
verhindern.
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In ähnlicher Weise ist auf einem Stift 90 ein Umschlagventil
88 vorgesehen, welches es verhindert, daß das Arbeitsmittel über den äußeren
Umfang des Pumpengehäuses wieder in Umlauf gesetzt wird. Wenn das Speisepumpenrad
sich in Uhrzeigerrichtung dreht, kippt das Umschlagventil selbsttätig in Uhrzeigerrichtung,
um einen Rückfluß des Arbeitsmittels zu verhindern und das gesamte Arbeitsmittel
aus der Auslaßöffnung 82 herauszuleiten. In gleicher
Weise
kippt das Umschlagventil in entgegengesetzter Richtung, d. h. entgegengesetzt
zur Uhrzeigerrichtung, wenn das Speisepumpenrad sich in der letztgenannten Richtung
dreht.
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Auf diese Weise fördert die Pumpe stets unabhän-gig von der
Drehrichtung der Antriebswelle 28 über die Pumpenaustrittsöffnung
82. Infolge des symmetrischen Aufbaues der Pumpe 68 bleiben auch die
Pumpenarbeitskennlinien unabhängig von der Drehrichtung der Pumpe stets die gleichen.
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Das von der Pumpe 68 geförderte Arbeitsmittel fließt über die
Leitung 92 bei 94 aus dem Gehäuse 12 heraus. Von dieser Stelle aus wird das
Arbeitsmittel durch einen nicht dargestellten Kühler geleitet und dann über die
Einlaßleitung 96 in die abtriebsseitige Abschlußkappe 24 eingeleitet. Falls
der Kühler nicht benötigt wird, kann eine Nebenschlußleitung vorgesehen werden,
so daß dann das Arbeitsmittel über eine nicht dargestellte Leitung fließt -, welche
den Auslaß 94 unmittelbar mit dem Einlaß 96 verbindet. Anschließend fließt
das Arbeitsmittel durch die Leitung 98, welche in die öffnung 52 der
Schöpfkammer 50 hineinragt, der letztlich das Arbeitsmittel zugeführt wird.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß, ganz gleich,
in welcher Richtung die Antriebswelle umläuft, das Arbeitsmittel stets in gleicher
Weise von dem Arbeitsmittelsammelbehälter 14 zur Schöpfkammer 50 zurückgeführt
wird. Das Schöpfrohr 54 und dessen Steuerorgane sind ebenfalls so ausgebildet, daß
sie unabhängig von der Drehrichtung der Antriebswelle 28 stets in gleicher
Weise arbeiten können. Aus der F i g. 6 ist ersichtlich, daß die Lippe
100 geringfügig länger als die Lippe 102 ist und daß sich die diametral gegenüberliegenden
Öffnungen 104 und 106 durch eine Membran 107
voneinander getrennt sind,
so daß zwei gegenüberliegende Schöpföffnungen entstehen. Die Lippe 100
ist
geringfügig länger als die Lippe 102, weil das Schöpfrohr 52 nicht axial
in die Schöpfkammer 50
eintritt, sondern etwas versetzt ist, um von der Abtriebswelle
42 freizukommen. Aus diesem Grunde muß die Lippe 100 geringfügig länger sein,
so daß beide Lippen den gleichen Abstand vom Umfang der Schöpfkammer 50 erhalten
und sichergestellt wird, daß das Schöpfrohr, wenn es in der einen Drehrichtung eingestellt
ist, den hierdurch dimensionierten, innerhalb der Kammer 50 rotierenden Ring
des Arbeitsmittels auch in der anderen Drehrichtung aufrechterhält.
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Die Einstellung des Schöpfrohres 54 erfolgt gleichermaßen befriedigend,
ob nun der Drehmomentenwandler 10 in der einen oder in der anderen Richtung
umläuft. Die Einregelung des Schöpfrohres kann entweder manuell oder automatisch
vorgenommen werden. Bei der Anordnung gemäß F ig. 1 ist eine manuelle Verstellung
vorgesehen, welche in ihren Einzelheiten besser in der F i g. 7 zu erkennen
ist.
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Wie in F i g. 7 gezeigt, ist am Schöpfrohr 54 ein mit Gewinde
versehener Endabschnitt 108 vorgesehen. Ein sich parallel zum Gewindeabschnitt
108
erstreckender Arm 110, welcher an der Oberseite des Gehäuses 12
befestgit ist, weist über den größten Teil seiner Länge einen Schlitz 112 auf. Ein
am Schöpfrohr 54 befestigter Stift 114 ragt durch den Schlitz 112 hindurch, um eine
axiale Verstellung des Schöpfrohres 54 zu ermöglichen und eine Verdrehung zu verhindern.
Ein Bügel 116 ist mit seinen durchbrochen ausgebildeten Armen auf den Gewindeabschnitt
108 aufgesetzt. Zwischen den beiden Armen des Bügels 116 befindet
sich eine Rändelmutter 118, die auf den Gewindeabschnitt 108 auf-Ge
, schraubt ist. In der Mitte des Bügels ist ein Schraubbolzen 120 angeschweißt,
welcher durch den Schlitz 112 des Armes 110 hindurchragt und eine Feststellmutter
122 trägt, so daß sich, wenn die Mutter 122 fest angezogen wird, die Lage des Schöpfrohres
sichern läßt, während, wenn die Mutter 122 gelöst wird, das Schöpfrohr54 in axialer
Richtung über die Län-e des Schlitzes 112 sich verstellen läßt.
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Die Rändelmutter 118 ermöglicht eine Feineinstellung. Die Breite
der Rändelmutter ist geringer als der Abstand der Arme des Bügels 116. Wenn
somit die Feststellmutter 122 angezog -' en ist, kann noch eine begrenzte axiale
Bewegung des Schöpfrohres 54 dadurch vorgenommen werden, daß man die Rändelmutter
118 dreht. Um die Rändelmutter 118 gegen ein Verdrehen zu sichern,
befindet sich an dem Bügel 116 eine mit Flügeln versehene Feststellschraube
124.
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Es war ersichtlich, daß das Schöpfrohr 54 und seine Einstellvorrichtungen
unabhängig von der Drehrichtung des Drehmomentenwandlers gleich gut arbeiten. Die
Schöpfrohröffnungen 104 und 106
haben die Aufgabe, das Arbeitsmittel gleichermaßen
gut aus der Schöpfkammer 50 herauszufördem und einzuregeln. Durch eine axiale
Verstellung des Schöpfrohres 54 kann die Drehzahl der Abtriebswelle 42 geändert
werden, wobei jedoch die Wirkung des Schöpfrohres 54 unabhängig von der Drehrichtung
der Kupplung bleibt.
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Es soll nunmehr wieder auf die F i g. 1 Bezug genommen und
die Lagerung der Abtriebswelle 42 erläutert werden. In der Abschlußkappe 24 ist
ein hohler Nabenteil 126 vorgesehen, welcher sich in radialer Richtung mit
Abstand zur Abtriebswelle 42 erstreckt. Eine nach innen gerichtete Rippe
128
unterteilt den hohlen Nabenabschnitt in zwei getrennte Kammern
130 und 132 für das äußere und das innere Kugellager 134 und
136. Die Kammer 130
erhält das Fett über die Schmiermittelöffnung
138.
Die Schmierung des inneren Lagers 136 erfolgt durch das Arbeitsmittel.
In der Kammer 132 wird eine begrenzte Menge des sich dort durch Verspritzen
oder Versprühen angesammelten Arbeitsmittels zurückgehalten. Um zu verhindern, daß
das Arbeitsmittel die Schmiermittelkammer 130 erreicht, ist im Inneren der
Kammer 132 an einer über dem tiefsten Punkt, aber unterhalb der Rippe
128 gelegenen Stelle eine Abflußöffnung 140 vorgesehen. Ein auf die Abtriebswelle
42 aufgezogener 0-Ring 142 verhindert, daß das Arbeitsmittel an der Welle entlang
von der Kammer 132 zur Kammer 130 wandert. Ein weiterer Dichtungsring
144 ist am Kugellager 136 vorgesehen, um zu verhindern, daß übermäßig große
Strömungsmittelmengen an das Lager gelangen.
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Aus der vorstehenden Beschreibung war ersichtlich, daß die Abtriebswelle
42 in zwei in axialer Richtung hintereinander in der Abschlußkappe 24 angeordneten
Lagern 134 und 136 gelagert ist. Auf diese Weise ist die Abtriebswelle, abgesehen
von der Tatsache, daß beide Wellen im Gehäuse 12 gelagert sind, völlig unabhängig
von der Antriebswelle 28. Die als Teil eines Elektromotors 22 dargestellte
Antriebswelle 28 kann, wie aus der nachfolgenden Beschreibung noch ersichtlich
wird, auch in ähnlicher Weise
in einer der Abschlußkappe 24 ähnlichen
Abschlußkappe gelagert werden, die dann an der Antriebsseite des Gehäuses 12 befestigt
wird. Bei einer solchen Anordnung wird die Antriebswelle 28 dann in gleicher
Weise wie die Abtriebswelle 42 von zwei Lagern getragen.
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Die Art und Weise, in der das Turbinenrad 44 unabhängig von der Antriebswelle
28 mit geringem Abstand gegenüber dem Pumpenrad 32 angeordnet ist,
läßt sich am besten aus den F i g. 1 und 2 ersehen. Durch die Abtriebswelle
42 ragt ein Stift 146 hindurch. Eine ringförmige Ablenkplatte 148, welche zur Anpassung
an den Stift 146 eine V-förmige Nut aufweist, ist über die Abtriebswelle 42 geschoben.
Der Endabschnitt 150 der Abtriebswelle 42 hat einen verminderten Durchmesser
und trägt die Nabe des Turbinenrades 44. Eine Entlastungsventilplatte
152
und eine Unterlegscheibe 154 werden mit einem Schraubbolzen
156 in ihrer Lage gesichert. An der Nabe des Turbinenrades 44 ist eine Mehrzahl
von Öffnungen 158 vorgesehen, welche als Entlastungsbohrungen für die
Arbeitskammer 46 dienen und die Aufgabe haben, das Arbeitsmittel in die Schöpfkammer
50 abzuleiten. Die Ablenkplatte 148 dient dazu, dieses abgeleitete Arbeitsmittel
in radialer Richtung nach außen zu lenken, damit es über die Kanäle 160
zwischen
dem Gehäuse 48 und dem Turbinenrad 44 wieder in die Arbeitskammer 46 zurückgeführt
werden kann. Die zuvor beschriebenen Flügel 51 üben eine ähnliche Funktion
aus und lenken das Arbeitsmittel von dem normalerweise in der Schöpfkammer
50 vorhandenen Strömungsmittelring in die Kanäle 160 und die Arbeitskammer
46. Ilierin liegt das besonders vorteilhafte Merkmal der Erfindung, da es hierdurch
möglich wird, eine Kupplung zu schaffen, die bei großen Belastungen sehr gut anläuft.
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Wie zuvor erwähnt, kann die Kupplung mit einem Riemen angetrieben
oder auch unmittelbar mit einem Elektremotor als Antriebsquelle verbunden werden.
Diese letztgenannte Anordnung wurde vorstehend beschrieben; sie ist auch in groben
Umrissen in der F i g. 8 in Vorderansicht dargestellt. Die Kupplungsanlage
kann aber auch an ihren beiden gegenüberliegenden Enden mit Abschlußkappen versehen
werden, wie es die F i g. 9 zeigt, wobei dann der Motor 22 der F i
g. 8 durch eine Abschlußkappe 162 ersetzt ist.
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Falls erwünscht, kann auch zur Verstellung des Schöpfrohres eine automatische
Steuerung verwendet werden. Eine solche Anordnung zeigt die F i g. 8, in
der am Ende des Schöpfrohres 54 A ein Winkelhebel 164 mit seinem einem Arm angelenkt
ist, so daß am anderen Arm des Winkelhebels ein Regler oder eine sonstige Drehzahlsteuerung
angeschlossen werden kann.