-
Kernidnglose hydrodynamische Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf
eine kernringlose hydtodynamische Kupplung mit einer an einem der Schaufelräder
befestigten Stäublende, bei der zwischen den Schaufclrädem und dem umgebenden Gehäd#e
je ein Verzögerungsraum angeordnet ist.
-
Die ..Wirkung der bekannten, mit Verzögerungsraum arbeitenden Kupplungen
besteht darin, daß vor dem« Anlaufen ein wesentlicher Teil des Arbeitsmediums, außerhalb
des eigentlichen Arbeitskreislaufes im Inneren der Schaüfelräder, in dem zwisähen:
den. Schaufelrädern und dem Gehäuse gebildeten Raum enthalten ist. Dieser Teil des
Mediums wird beim-Anl&ufen durch-Drosselöffnungen in der Außenwand der Schaufelräder
durch den mit zunehmendIzr- Dtelizahl und. damit zunehmender Zentr*Wgälkraft"sich-
erhöhenden Ilydrostatischen Druck in denArbeiekreislauf eingespeist, Da eines der
Schaufelräder- mit dem Gehäuse und das andere mit Ader Welle verbunden ist, wird
der zwischen Schaufelrädern -und Gehäuse gebildete Gesamtraum durch. die, Sdhaufelräder
in wenigstens zwei Verzögerungskammerir unterteilt. Wenn, wie bei den bekannten
Anordnungen, diese Kammern durch die konstruktive Ausbildung der Gehäusewand und
der Schaufelräder eine unterschiedliche Form und' ein unterschiedliches- Volunien
Jiaben, ergeben sich beim Anlaufen unterschiedliche Zentrifugalkräfte und damit
unterschiedliche hydraulische Verhältnisse in beiden Kammern, die den überlauf des
Arbeitsmediums durch die Drogselöffnungen in den innerhalb der Schaufelräder liegenden
Arbeitskreislauf beeinflussen'.
-
Beim Anlaufen der in Frage stehenden hydrodynamischen Kupplungen hängt
die Anlaufzeit sehr weitgehend von den Strömungsverhältnissen im Arbeitsraum und
in den Verzögerungskanimern ab. Da der - übertritt zwischen - den
Verzögerungs;-kainmern und dem Arbeitsraum, wie oben ausgeführt, von der Druckdifferenz
an beiden Seiten der übertrittsstelle abhängt, besteht zwischen beiden Kupphingsteilen
die Gefahr, daß'durch die unterschiedliche - Ausbildung der bei den hydraulischen
Vorgängen mitwirkenden Räume an beiden Seiten der zwischen Turbine -und Pumpe liegenden
Kupplungsebene bei unterschiedlich sich ändernder Geschwindigkeit, sich ändernder
Viskosität oder sich ändernden anderen Betriebsbedingungen unterschiedliche hydraulische
Wirkungen und damit hydraulische Kräfte auftreten.
-
. Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, die Kupplungen
so auszubilden, daß auf beiden Seiten der Kupplungsebene gleichförinige hydraulische,
insbesondere hydrostatische Bedingungen be-
stehen, um so den Anlauf und Betrieb
der Kupplung unabhängig von nicht, oder nur schw»-r kontrollierbaren Einflüssen
zu. halten. -
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß alle
den Arbeitsraum und die Verzögerungsräume begrenzenden Wandflächen zu der zwischen
dem- Pumpen- und Turbinenrad liegenden Ebene symmetrisch sind und daß die Staublende
als eine; seitig offener, am Pumpenrad befestigter, entlang den-Innenkanten der
Schaufeln verlaufender Kegelkörper ausgebildet ist.-Durch diese, Symmetrie zur Mittelebene
des kreis.# ringförmigen Arbeitsraumes werden also die hydrau .
hschen
Verhältnisse gleich, so daß sich Änderungen der die Betriebseigenschaften beeinflussenden
Betriebswerte auf beiden Seiten gleich auswirken und damit keine ungleichförmige
Änderung auf der Abtriebs- gegenüber der Antriebsseite verursachen. Außerdem wird
durch die erfindungsgemäße Anordnung ein sehr einfacher Aufbau der gesamten Kupplung
möglich, da die Teile weitgehend gleichförmig ausgebildet werden können- und damit
die Herstellungskosten wesentlichiermindert werden.
Das Gehäuse
besteht vorzugsweise aus zwei verschraubten symmetrischen Schalen, wobei, zwischen
den Umfangsflanschen der beiden Schalen der Ringflansch des Pumpenrades eingeflanscht
ist. Dabei kann der Ringflansch für die Befestigung des Pumpenrades an dem Gehäuse
zweiteilig auggebildet sein und in eine Umfangsnut des Pumpenrades eingreifen. Die
beiden Schaufelräder können gleich ausgebildet sein, wobei am Innenumfang des am
Gehäuse- befestigten Pumpenrades die kegelförmige Staublende mit einem Radialflansch
befestigt ist, während das Tarbinenrad an seinem Innenumfang an einem Ringflansch
der Welle befestigt ist. Durch diese Anordnung wird es möglich, beide Schaufelräder
und beide Gehäuseschalen völlig gleich auszubilden.
-
Die Erfindung wird iin folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt . F i g. 1 einen Axialschnitt
durch eine erfindungsgemäße Kupplung, F i g. 2 teilweise im Schnitt eine
Seitenansicht der das Gehäuse bildenden Schalen, Fig. 3 einen Axials.chnitt
durch eine der Gehäuseschalen gemäß F i g. 2, F i g. 4 einen Axialschnitt
durch' das mii dem Gehäuse verbundene Schaufelrad gemäß Fig. 1,
F i
g. 5 einen Teilaxialschnitt durch das Schaufelrad gemäß F i g. 4,
Fig. 6 schematisch in einem Teilaxialschnitt die Strömungsverhältni.sse in
der Kupplung gemäß Fig. 1, F i g. 7 einen Teilschnitt durch ein Schaufelrad
mit eingesetzter überströnidrossel, F i g. 8 eine Seitenansicht auf die gemäß
F i g. 7
verwendete Überströmdrossel, Fig. 9 und 10 Axialschnitte
durch bei der erfindungsgemäßen Kupplung verwendbare Hohlwellen, Fig.
11 einen Aidalschnitt durch die bei der Hohlwelle gemäß F ig. 10 verwendbare
Kegelbüchse, F i g. 12 einen Schnitt entlang der Linie XII-XII in Fig.
11,
F i g. 13 einen Teiläxialschnitt durch den Außenumfang des Gehäuses
mit einer abgewandelten Anordnung zum Befestigen des einen Schaufelrades am Gehäuse,
, F! g. 14 eine Draufsicht auf einen Ringflansch, wie er bei der Anordnung
gemäß F i g. 13 verwendet wird, und - F i g. 15 einen Axialschnitt
durch den Außenrand der Schaufelräder mit einer abgewandelten Anordnung zum Befestigen
-des einen der Schaufelräder am Gehäuse.
-
- In der in den Figuren dargestellten Ausführung hat die Kupplung
ein aus zwei einander gleichen Schalen 1, 2 zusammengesetztes Gehäuse, welche
je
unter Zwischenschaltung einer Büchse 4, 5 mittels Wälzlagern
6,7 auf der Kupplungswelle, 3 gelagert sind. Die beiden Schalen
1, 2 haben auf der Außenseite radiale Kühlrippen 8 und auf der Innenseite
Rippen 9. Beide Schalen sind an Umfangsflanschen 10 durch in Bohrungen
11 liegende Schrauben verbunden, Die Innenrippen 9 haben in der Mitte eine
Verdickung 13, in der eine mit Innengewinde versehene Büchse 14 für die Verbindung
mit dem Antriebsmotor sitzt, Die beiden Schalen 1, 2 des Gehäuses haben
je
zwei Füll- bzw. Entlüftungsbohrungen 15,16 bzw. 17,
18,-
die nach dem Zusammen au in Gruppen 16,18
und 15,17 einander
diagonal gegenüberliegen. Diese Bohrungen sind mittels Gewindestopfen
19,20 bzw. 21,22 und 23,24 bzw. 25,26 verschließbar. Einer oder mehrere
dieser Stopfen können Ausschinelzstopfen sein, so daß. er als überbitzungssicherung
dient.
-
Im Gehäuse liegen das Pumpen- und das Turbinenrad 27 bzw.
28, welche, wie in F i g. 5 und 6
angedeutet, in ihrer Grundform
einander gleich sind. Beide Schaufelräder haben nach innen vorspringende Schaufeln
29 in gleicher Zah4 Form und Ausmessung. Das Pumpenrad 27 ist am Gehäuse
und das Turbinenrad -an der Welle 3 befestigt.
-
Die Befestigung des Pumpenrades27 am Gehäuse kann in Abhängigkeit
von der Grundforin in verschiedäner Weise ausgeführt sein.
-
.- Wie in F i g. 13 dargestellt, haben die beiden Schaufelräder
eine in -einer Randschulter 32 bzw. 33
ausgebildete. Umfangsnut
30 bzw. 31. Zwischen den beiden -Gehäuseschalen - 1 und 2 ist
ein zweiteiliger Ring 34 durch -Schrauben 37 mit Muttern
38 eingeflanscht, welche in die Bohrungen 11 in den Ge,häuseflanschen
10 und Bohrungen 35 im Ringflansch-34 eingesetzt sind. - -
Der
Ring'34 hat -eine Innenrippe 36, welche in die Umfangsnut 30- -des
Pumpenrades 27 eingepreßt wird.
-
- Eine etwas abgeänderte Befestigungsweige des Antriebslaufrades
am Gehäuse ist in F i g. 15 dargestellt. Iherbei sind die Schaufelräder zuerst
einander gleich, wobei von der Randschulter 32 bzw. 33 ein Ringflansch
39 bzw. 40 mit Bohrungen 41 vorspringt. Das Pumpenrad behält diese Form,
während beÜn Turbinenrad 28 der Ringflansch 40, z. B. durch Ab-
drehen,
entfernt wird. Das Pumpenrad 27 wird dann mit dem Flansch 39, Wie
der Ring 34 im vorigen Beispiel, zwischen den beiden Gehäuseschalen 1, 2
eingeflanscht.
-
Bei beiden Ausführungsweisen geht man also von zwei einander gleichen
Schaufelrädern aus, wobei auch andere:Befestigungsarten angewendet werden können.
-
Eine weitere Änderung, welche man an den anfänglich einander gleichen
Schaufelrädern in der letzten Bearbeitungsstufe vorzunehmen hat, besteht darin,
daß man sie mit einer Anzahl Durchgangs-Gewindebohrungen 43 versieht, wie in F i
g. 1 und 7
bezüglich des Pumpenrades dargestellt ist.
-
- In den Wänden der Schaufeln sind Durchgangs-Gewindebohrungen
43 bzw. 69 vorgesehen, in die Gewindestopfen 44 eingeschraubt sind, die einen
Drosseldurchgang 45 aufweisen. Der Durchmesser T dieser Drossel ist je- nach
den für die Kupphingsvorrichtung erwünschten Anlaßeigenschaften gewählt. Das. Pumpenrad
ist am Gehäuse derartig befestigt, daß zwischen seiner Innenkante 46 und der Welle
3
ein enger Ringschlitz-47 verbleibt. Das Tarbinenräd 28 wird mittels
Schrauben oder * Niete 49 an einem Ringflansch 48 der Welle 3 befestigt.
Im allgemeinen ist die Welle 3 hohl, kann -aber in ganz verschiedener
Weise ausgebildet sein. So - kann sie z. B., wie in F i g. 9 dargestellt,
eine zylindrische Bohrung 50 mit Keilnut 51 oder, wie in F i
g. 10 dargestellt, eine konische Bohrung 52 mit Keilnut
51 aufweisen. Die beiden Wälzlager 6,7 werden je mittels eines
Dichtungsringes 53 bzw. 54 abgedeckt, welcher in einem Deckel 55 bzw.
56 angeordnet ist.- Auf beiden Dichtungsringen
liegt
je ein Filzring 57, 58, welcher von einer Blechscheibe 5-9
bzw. 60 gehalten wird, die gleichzeitig als Sicherung für die den Deckel
55
bzw. 56 haltenden Schrauben 61,62 dient.
-
Alle diese Bauteile sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie zwei
in bezug auf die senkrecht zur Achse C-D stehende Ebene A-B symmetrische Baugruppen
bilden.
-
Auf dem Pumpenrad 27 ist eine Staublende 63
mittels Niete
64 mit ihrem Radialflansch befestigt, die eine kegelige Seitenwand mit einer Längel
hat, welche entlang der Innenkante der Schaufeln29 verläuft, wobei diese Innenkanten
eine Länge 1 haben.
-
Gemäß der Erfindung werden die Länge 1 und der Kegelwinkel
oc der Staublende nach dem Anwendungszweck bestimmt.
-
Die Funktion dieser hydrodynamischen Kuppung ist in großen Unnissen
wie folgt: Das Gehäuse mit einer vorbestimmten Menge öl gefüllt unddas Gehäuse
zusammen mit dem Pumpenrad wird von der Antriebsvorrichtung in Drehung versetzt.
Wenn sich das Pumpenrad dreht, wird das darin enthaltene öl
durch Zentrifugalkraft
auswärts gepreßt.
-
Die Flüssigkeit gelangt mit rasch zunehmender Geschwindigkeit in die
Schaufeln 29 des Turbinenrades, überträgt diesem die kinetische Energie und
wird zum Pumpenrad zurückgeführt.
-
Demzufolge wird das Turbinenrad allmählich mitgenommen, bis es die
Geschwindigkeit des Pumpenrades annähernd erreicht.
-
Der Geschwindigkeitsunterschied, d. h. der »Schlupf«, zwischen
dem Pumpen- und dem Turbinenrad wird in Prozent der Geschwindigkeit des Pumpenrades
ausgedrückt. Da nun das Turbinenrad beim Anlauf zuerst in Ruhe ist, fließt das
öl in dieser Periode zwischen den Schaufeln des Turbinenrades hindurch, praktisch
ohne dabei einer entgegengesetzten Kraft zu begegnen. Sobald das Turbinenrad sich
jedoch in Bewegung setzt, werden die Flüssigkeitsteile, welche sich zwischen den
Schaufeln dieses Schaufelrades aufhalten ihrerseits ebenfalls der Wirkung der Zentrifugalkraft
ausgesetzt, wodurch sie auswärts geschleudert werden. Demzufolge wird nun der in
das Turbinenrad eintretenden Flüssigkeitsströmung eine Bremskraft entgegengestellt.
Für die normale Wirkung der hydrodynamischen Kupplung ist es aber durchaus notwendig,
daß die Flüssigkeitsteile auf eineni geschlossenen Stromweg umlaufen, wie es in
der F i g. 6 mittels der ausgezogenen Linien 65 skizzenhaft dargestellt
ist damit die übertragung der Motorleistung vom Pumpen- auf das Turbinenrad gewährleistet
wird. Demzufolge ist es offenbar notwendig, daß die iin Turbinenrad erzeugte Zentrifugalkraft
immer ein wenig kleiner ist, als die, welche im Pumpenrad entsteht. Mit anderen
Worten, es ist notwendig, daß zwischen den beiden Schaufelrädern ein gewisser Schlupf,
d. h. ein gewisser Geschwindigkeitsunterschied übrigbleibt.
-
Je größer dieser Schlupf ist, desto größer ist der Unterschied zwischen
den irn Pumpen- und Turbinenrad erzeugten Zentrifugalkräften, desto kräf-
tiger
ist auch der Umlauf des hydraulischen Mediums, und ein desto größeres Drehmoment
kann übertragen werden.
-
Daraus ergibt sich, daß das übertragbare Drehmoment im Normalfall
mit steigendem Schlupf rasch ansteigt. Diese Eigenschaft ergibt aber in der Praxis
eine Schwierigkeit nicht nur während des Anlaufens, sondern auch im Falle der überlastung
oder beim. Festfahren. Die Kupplung maß daher mit einem vorausbestimmten maximalen
Drehmoment arbeiten.
-
Der in den beiden Schaufelrädern erzeugten Zentrifugalkraft zufolge
stellt sich der Flüssigkeitsumlauf gemäß dem geschlossenen Stromkreis
65 im Normalzustand so ein, daß er im von der Drehungsachse am weitesten
entfernten Teil der hydrodynamischen Kupplung lokalisiert ist, Da nun eine überlastung
oder eine unnormale Breinswirkung die Geschwindigkeit des Turbinenrades beträchtlich
herabsetzt, wird die gemäß dem Umlaufweg 65 zirkulierende Flüssigkeitsströmung
wegen der Abnahme der Zentrifugalkraft im. Turbinenrad kleineren Gegenkräften begegnen.
Demzufolge wird die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsteile beim, Austritt aus dem
Pumpenrad. verhältnismäßig groß, und es ergibt sich eine Verschiebung des Umlaufs
65 in der Richtung der Wand des. Turbinenrades. Der Umlauf wird gewissermaßen
abgelenkt und stellt sich nun in die Lage welche in der F i g. 6 mittels
gestrichelter Linien 66 angedeutet ist.
-
Diese Ablenkung kann man sich gemäß der Erfindung zunutze machen.
In der erfindungsmäßigen hydrodynamischen Kupplung stößt die abgelenkte Umlaufströmung
an die Staublende 63, welche einer gewissen Flüssigkeitsmenge den Weg versperrt
und ihr die unmittelbare Rückkehr in das Pumpenrad versagt. Da diese Ablenkplatte
als ein Zusatzteil am Pumpenrad befestigt ist, steht sie der in der Anfangsforni
gleichen Gestaltung der beiden Schaufelräder keineswegs entgegen.
-
Dadurch, daß ein Teil der Flüssigkeitsströmung von der Ablenkplatte
63 aufgehalten wird, bildet sich hier eine Wirbelströmung, wie bei
67 in F i g. 6 angedeutet ist.
-
Außerdem wird ein Teil der Flüssigkeit durch den engen Ringschlitz
47 zwischen der Welle 3 und dem Pumpenrad 27 hindurchströmen, und
so die Verzögerungskammer 68 erreichen, welcher von der Innenwand der Gehäuseschale
1 und der Rückseite des Pumpenrades 27 umfaßt wird.
-
Aus dem vorhergehenden, insbesondere dem in F i g. 6 dargestellten
Beispiel, wird deutlich, daß die Länge 1 der Staublende 63 und der
Winkel oc die vom hydraulischen Medium in den beiden Schaufelrädern durchlaufene
Bahn entscheidend bestimmen. Folglich kann man das übertragbare Drehmoment durch
sinngemäße Wahl dieser beiden Parameter auf jeden erwünschten Höchstwert, z. B.
zwischen dem 0,5fachen und 6fachen des Nennwertes, begrenzen. Der Innenraum der
Schaufelräder steht einerseits über in die ewindebohrung 43 eingeschraubte Drosseln
44 mit der Verzögerungskammer 68 und andererseits mit der Verzögerungskammer70
über in Gewindebohrungen 69 eingeschraubte Drosseln 44 in Verbindung. Wenn
die Kupplung stillsteht, steht der Flüssigkeitsspiegel in den miteinander verbundenen
Räumen auf derselben Höhe, so daß eine gewisse Flüssigkeitsmenge in den Verzögerungskammern
68,70 eingeschlossen ist. Folglich befindet sich beirn Anlaufen nur ein Teil
des gesamten hydraulischen Mediums zwischen den Schaufelrädern 27,28, wodurch
die übertragungsleistung der Kupplung beschränkt ist und mit dem Anlauf langsam
ansteigt.
-
Die Zentrifugalkraft fördert die in den Kammern 68,70 befindliche
Flüssigkeitsmenge an den Außenumfang dieser Kammern und, durch die Drosseln 44
verzögert,
in den Arbeitsraum zwischen den Schaufelrädem 27,28. Entsprechend dieser
überströmung nimmt die übertragungsleistung in vorbestimmtem. Umfang stetig zu.
-
Um eine einfache Anpassung an verschiedene Anschlußarten mit der Kraftquelle
zu ermöglichen, kann z. B. die in F i g. 11 und 12 dargestellte Spann-.-büchse
71 in der Bohrung der Hohlwelle 3 eingesetzt werden, so daß diese
Welle unabhängig vom Durchmesser -des einzusetzenden Wellenstummels in genormten
Ausmaßen hergestellt werden kann.