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Hydrodynamische Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrodynamische
Kupplung mit einem feststehenden Gehäuse, darin gelagertem Pumpen- und Turbinenrad,
die einen torusförmigen Arbeitsraum begrenzen, und mit plattenförmigen Blenden,
die in den zwischen dem Pumpen- und dem Turbinenrad liegenden Spalt aus einer äußeren
unwirksamen Stellung in innere Drosselstellungen zur Beeinflussung des Stromkreises
der Flüssigkeit einbringbar sind, wobei der Spalt zur Aufnahme dieser plattenförmigen
Blenden nach außen verlängert ist.
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Bei hydrodynamischen Kupplungen ist es erwünscht, den Kupplungsgrad
verändern zu können. Insbesondere ist es wünschenswert, bei bis zum Stillstand abgebremster
Abtriebswelle und weiterlaufender Antriebswelle das auf die Abtriebswelle übertragene
Drehmoment so weit wie möglich zu verringern. Die Veränderung des Kupplungsgrades
kann aber auch dazu dienen, die Drehzahl der Abtriebswelle zu verändern.
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Es sind hydrodynamische Kupplungen bekannt, bei denen mit Hilfe von
verstellbaren Drosselelementen, wie Blenden, Schiebern oder Klappen, die mit dem
Turbinenrad oder dem Pumpenrad umlaufen, die Querschnitte der Strömungszellen dieser
Räder mehr oder weniger abgedeckt werden können. Diese bekannten Vorrichtungen sind
mechanisch aufwendig, weil für die Verstellung der mit umlaufenden Drosselelemente
verhältnismäßig komplizierte Stellvorrichtungen erforderlich sind. Außerdem können
die unter Umständen mit hoher Drehzahl umlaufenden verschiebbaren Teile die Betriebssicherheit
der Kupplung herabsetzen.
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Es ist auch bekannt, die Drosselelemente nicht mit umlaufen zu lassen
und in dem zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad vorhandenen Spalt eine ringförmige
Anordnung von sich überlappenden plattenförmigen Blenden vorzusehen, die unter Steuerung
durch einen Stellring so gleichzeitig verschwenkt werden können, daß sie den freien
Strömungsquerschnitt zwischen Pumpenrad und Turbinenrad mehr oder weniger verkleinern.
Für die Aufnahme der aus dem Strömungsweg herausgeschwenkten Blenden ist der Spalt
nach außen verlängert.
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Bei dieser Bauart einer veränderbaren Kupplung treten indessen immer
noch Festigkeitsprobleme auf. Die nur an ihren einen Enden von ihren Schwenkachsen
gehaltenen Blenden bieten besonders bei voll nach innen geschwenkter Lage dem Strömungsmitteldruck
eine große Wirkfläche dar, an der der Druck mit großem Hebelarm angreift, so daß
die Lagerung der Blenden erheblich beansprucht wird. Diese Belastungsverhältnisse
und der nur begrenzte Platz für die nach außen geschwenkten Blenden machen es schwierig,
die Blenden so groß auszuführen, daß sie den vollen Strömungsquerschnitt abdecken
können.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine mit geringen Kosten
herstellbare hydrodynamische Kupplung zu schaffen, bei der das übertragene Drehmoment
mit einer einfachen und robusten Mechanik bis auf Null herabgesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder plattenförmigen Blende
ein eigener flacher Führungsspalt mit einer entsprechenden Führung in der Spaltebene
zugeordnet ist, wobei jeder Führungsspalt die jeweilige plattenförmige Blende bis
in eine vollständig aus dem Arbeitsraum des Pumpen- und Turbinenrades herausbewegte
Lage aufnehmen kann, während die plattenförmigen Blenden in einer eingeführten Endlage
eine vollständige Trennung des Arbeitsraumes bewirken.
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Bei der erfindungsgemäßen Kupplung werden somit die auf die Blenden
wirkenden Druckkräfte nicht nur an einer Stelle von einer Schwenkachse aufgenommen,
sondern im wesentlichen von der Führung am Rand der Blende. Es macht deshalb auch
keine Schwierigkeiten die Blenden so groß auszuführen, daß der Strömungsquerschnitt
voll abgedeckt werden kann. Somit können Abtriebsdrehzahl und Abtriebsdrehmoment
bis
auf Null heruntergeregelt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann überdies
sehr einfach hergestellt, aufgebaut und gewartet werden.
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In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung,
die in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;
F i g. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig.1; F i g. 3 ist eine auseinandergezogene
perspektivische Ansicht bestimmter Teile der Ausführungsform nach F i g. 1; F i
g. 4 zeigt einen Schnitt durch eine kühlbare Blende, die bei der Ausführungsform
nach F i g. 1 verwendbar ist; F i g. 5 zeigt einen der F i g. 2 entsprechenden Schnitt
durch eine andere Ausführungsform der Erfindung; F i g. 6 zeigt einen Schnitt in
der gleichen Richtung wie F i g. 5, jedoch bei einer anderen Lage der Blenden.
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In F i g. 1 bis 3 ist eine hydrodynamische Kupplung 10 gezeigt, die
zwei Gehäuseteile 11 und 12 aufweist, die einander mit konkaven Formen zugekehrt
sind, wobei jeder der Gehäuseteile mittels Stützen 14 an einer Grundplatte
13 befestigt ist. Zwischen den Gehäuseteilen 11 und 12 sind drei Stahlplatten
15,16 und 17 vorgesehen. Die Platten 15 und 17 sind mit großen
kreisförmigen Öffnungen 18 und 19 versehen, deren Innendurchmesser im wesentlichen
gleich dem Innendurchmesser der Gehäuseteile 11 und 12 ist. Die Platte
16 ist mit einem großen Längsschlitz 20 versehen, der Führungsflächen
21 und 22 für die verschiebbare Anordnung einer plattenförmigen Blende
23 bildet. Die drei Platten 15,16 und 17 sind aneinanderliegend zwischen Flanschen
24 der Gehäuseteile 11 und 12 angeordnet. Bolzen 25 erstrecken sich durch die Flansche
24 und die drei Platten, während sich die Bolzen 26 nur durch die Flansche
in die unmittelbar daran anliegende Platte erstrecken, so daß sie die Schiebebewegung
der plattenförmigen Blende 23 nicht behindern. Die Blende 23 kann mittels eines
hydraulischen Kolbenmotors 40 in jede gewünschte Stellung bewegt werden.
Der Kolbenmotor 40 wird von einer Regelvorrichtung betätigt, die auf die Betriebsbedingungen
der Kupplung anspricht. Der hydraulische Kolbenmotor 40 treibt eine Kolbenstange
41, die ihrerseits einen Hebel 42 um eine feste Welle 43 bewegt.
Das linke Ende des Hebels 42 weist eine Gabel 44 auf, deren Schenkel
sich entlang den gegenüberliegenden Flächen der Blende 23 erstrecken. Ein
Stift 45 greift durch die Gabel 44 und gleitet in einem Schlitz 48 der Blende
23. Diese Anordnung des Stiftes ; im Schlitz 48 gestattet, daß der
Hebel 44 um seine Achse 43 eine bogenförmige Bewegung ausführen kann,
wobei eine vertikale geradlinige Bewegung der Blende 23 erzielt wird. In
der Stellung nach F i g. 1 nimmt die Blende 23 mit ihrer unteren Kante eine i Stellung
oberhalb der Gehäusekammer ein. In F i g. 2 ragt die Blende 23 mit ihrer unteren
Kante 47 in die Gehäusekammer hinein. Ein Pumpenrad 27 ist innerhalb des Gehäuseteiles
11 fest auf einer Antriebswelle 28 angeordnet, die durch einen nicht dargestell-
i ten Motor angetrieben wird: Ein Turbinenrad 29 ist innerhalb des Gehäuseteiles
12 angeordnet und auf einer getriebenen oder Ausgangswelle 30 befestigt.
Wellendichtungen 46 verhindern das Austreten von Öl und halten das erforderliche
Ölvolumen im Flüssigkeitskreislauf aufrecht.
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An den Gehäuseteil 11 ist eine Hydraulikleitung 49 angeschlossen,
die sich von einem üblichen Kühler und einer Pumpe aus erstreckt, wobei die Anordnung
so ist, daß genügende Mengen gekühlter Flüssigkeit in das Gehäuse 10, 11
zum ordnungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung eingeführt werden. Wenn während des
Betriebes die Blende 23 mit ihrer unteren Kante 47 die in F i g. 1 gezeigte
Lage einnimmt, kann die Kupplung mit voller Drehzahl gefahren werden. Wenn die Antriebswelle
28 gedreht wird, wirken die Flügel 33 des Pumpenrades 27 mit den Flügeln 34 des
Turbinenrades 29 zusammen und erzeugen die durch die Pfeile in der F i g. 1 angedeutete
toroidale Wirbelströmung. Diese Strömung bewirkt, daß das Turbinenrad 29 mit etwa
derselben Geschwindigkeit angetrieben wird wie das Pumpenrad 27, abgesehen von einem
geringfügigen Schlupf.
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Durch Abwärtsverstellen der Blende 23 in die in F i g. 2 gezeigte
Lage wird ein Teil des Strömungsquerschnittes gesperrt, so daß die Drehzahl des
Turbinenrades 29 und der Ausgangswelle 30 abnimmt. In gleicher Weise bewirkt ein
weiteres Abwärtsstellen der Blende 23 eine noch weitergehende Sperrung des Strömungsquerschnittes,
so daß die Drehzahl des Turbinenrades noch mehr reduziert wird. Wenn die Blende
23 in ihre tiefste Lage bewegt wird, wird die Strömung vollständig unterbrochen,
so daß eine vollständige Entkupplung des Turbinenrades erzielt wird.
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F i g. 4 erläutert eine Möglichkeit, wie mit einer Blende, die an
Stelle der in F i g. 1 gezeigten Blende verwendet werden kann, gleichzeitig die
Kupplungsflüssigkeit gekühlt werden kann. F i g. 4 zeigt eine hohle plattenförmige
Blende 23 a, die mit einem Kühlflüssigkeitseinlaß 100 und einem Kühlflüssigkeitsauslaß
101 versehen ist. Innenliegende Umlenkflächen 102 bis 108 bewirken, daß die Kühlflüssigkeit
einen gewundenen Weg vom Einlaß zum Auslaß nimmt und dadurch eine maximale Wärmemenge
von der sie umgebenden Hydraulikflüssigkeit aufnimmt. Bei der in der F i g. 4 gezeigten
Anordnung erübrigt sich der in F i g. 1 der Leitung 49 liegende Kühler.
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Die in der F i g. 5 gezeigte Anordnung arbeitet ähnlich wie die nach
F i g. 1 mit der Ausnahme, daß statt einer plattenförmigen Blende 23 drei plattenförmige
Blenden 50, 51 und 52, die an drehbar gelagerten Wellen 53,
54 und 55 befestigt sind, vorgesehen sind. Die Führungsplatte 16 ist durch
eine Platte 56 ersetzt, die mit Öffnungen 57, 58 und 59 zur Aufnahme der entsprechenden
Blenden ausgebildet ist, wenn diese nach außen in die in F i g. 6 gezeigten Stellungen
bewegt werden. Die Platte 56 ist zwischen zwei Platten 60, von denen nur eine in
der Zeichnung sichtbar ist, in der gleichen Weise wie die Platte 16 angeordnet.
Die Bewegung der Blenden wird zweckmäßig mit Hilfe einer Regelvorrichtung bewirkt,
die in Antriebsverbindung mit den äußeren Teilen der Wellen 53, 54 und 55 steht.
Bei der in F i g. 5 gezeigten Stellung der Platten 50, 51 und 52 sind die Flügel
33 des Pumpenrades vollständig von den Flügeln 34 des Turbinenrades getrennt, so
daß keine Wirbelströmung möglich ist. Das Turbinenrad ist vollständig entkuppelt.
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Bei der in F i g. 6 gezeigten Lage stehen die Blenden außerhalb des
Raumes zwischen dem
Pumpenrad und dem Turbinenrad und gestatten
eine Wirbelströmung, durch die das Turbinenrad mit voller Geschwindigkeit angetrieben
wird. Zwischenstellungen der Blenden bewirken entsprechende Drehzahländerungen des
Turbinenrades.
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Jede der dargestellten Vorrichtungen stellt eine Konstruktion dar,
die mit geringen Kosten hergestellt werden kann und eine wirtschaftliche Möglichkeit
der Regelung der Drehzahl des Turbinenrades der hydrodynamischen Kupplung bietet.