DE1218228B

DE1218228B - Hydrodynamic coupling with automatic torque limitation

Info

Publication number: DE1218228B
Application number: DET20799A
Authority: DE
Inventors: Raymond Charles Schneider
Original assignee: Twin Disc Inc
Current assignee: Twin Disc Inc
Priority date: 1961-04-11
Filing date: 1961-09-20
Publication date: 1966-06-02

Description

Hydrodynamische Kupplung mit selbsttätiger Drehmomentbegrenzung Die Erfindung betrifft eine hydronynamische Kupplung mit selbsttätiger Drehmomentbegrenzung, bei der radial innerhalb des Arbeitsraumes eine ringförmige Aufnahmekammer angeordnet ist, deren axiale Breite annähernd gleich der .des Arbeitsraums. ist und die mit dem Arbeitsraum über einen in der-Turbinenradwand angeordneten ringförmigen Durchgang in Verbindung steht.Hydrodynamic clutch with automatic torque limitation The The invention relates to a hydronynamic clutch with automatic torque limitation, in which an annular receiving chamber is arranged radially inside the working space whose axial width is approximately equal to that of the working space. is and the one with the working space via an annular passage arranged in the turbine wheel wall communicates.

Zur Zeit auf dem Markt befindliche Elektromotoren entwickeln ein Spitzendrehmoment bei etwa 90 % der Nenndrehzahl. Wenn .demgemäß ein solcher Motor als Antrieb in Verbindung mit einer hydraulischen Kupplung verwendet wird, ist es wünschenswert, daß die Kupplung eine niedrige Drehmomentübertragungsfähigkeit beim Stillstand bzw. Abdrosseln und bei großem Schlupf hat, um sicherzustellen, daß die Motordrehzahl nicht unter die oben erwähnten 90 % der Nenndrehzahl abfällt.Electric motors currently on the market develop peak torque at about 90% of the rated speed. If. Accordingly such a motor as a drive in Connection with a hydraulic clutch is used, it is desirable that the clutch has a low torque transmission capacity at standstill or Throttling and high slip has to ensure that the engine speed does not drop below the above-mentioned 90% of the rated speed.

Es ist eine hydrodynamische Kupplung mit selbsttätiger Drehmomentbegrenzung der eingangs geschilderten Art bekanntgeworden, durch welche diese Aufgabe gelöst wird. Bei dieser Kupplung ist jedoch nur ein Durchgang vom Turbinenrad in den Stauraum vorgesehen, so daß sich die im Stauraum befindliche Flüssigkeit bei Entlastung des Abtriebs nur langsam in den Arbeitsraum entleeren kann.It is a hydrodynamic coupling with automatic torque limitation became known of the type described above, which solved this problem will. With this coupling, however, there is only one passage from the turbine wheel into the storage space provided so that the liquid in the storage space is when the load is removed Output can only slowly drain into the work area.

Demgegenüber soll durch die Erfindung die spezielle Aufgabe gelöst werden, bei Fortfall der Stillstands- bzw. Abdrosselungsmomente ein sofortiges Auffüllen der Arbeitskammer zu gewährleisten, um die volle übertragungsfähigkeit .der Kupplung in möglichst kurzer Zeit wiederherzustellen: Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer dem im Turbinenrad angeordneten, vom Arbeitsraum zur Aufnahmekammer führenden Durchgang auch ein entsprechender Durchgang im Pumpenrad vorgesehen ist, durch den die Flüssigkeit aus der Aufnahmekammer in den Arbeitsraum überführt werden kann.In contrast, the invention is intended to solve the specific problem are filled up immediately if the standstill or throttling torques cease to exist the working chamber to ensure the full transfer capability of the coupling restore in the shortest possible time: This task is according to the invention solved in that, in addition to the one arranged in the turbine wheel, from the working space to the receiving chamber leading passage, a corresponding passage is also provided in the pump wheel, through which the liquid is transferred from the receiving chamber into the working space can.

Durch die Anordnung der beiden Durchgänge wird bei Fortfall des Stillstands- bzw. Abdrosselungsmoments die schnelle Auffüllung der Kupplung sichergestellt, wodurch in kürzester Zeit die volle Drehmomentübertragungsfähigkeit der Kupplung wiederhergestellt wird.The arrangement of the two passages means that if the standstill or throttling torque ensures the quick filling of the clutch, whereby the full torque transmission capacity of the clutch is restored in the shortest possible time will.

In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen vertikalen Teilschnitt der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung, F i g. 2 und 3 schematische Schnitte ähnlich dem der F i g. 1, jedoch in verkleinertem Maßstab, in welchen die Flüssigkeitszirkulation bei bestimmtem Schlupf und beim Stillstand dargestellt sind. Es wird nunmehr auf F i g. 1 Bezug genommen, in der mit 10 ein durch einen elektrischen Induktionsmotor (nicht dargestellt) angetriebenes Gehäuseteil bezeichnet wird, das mit einem Pumpenrad 11 verbunden ist, welches radiale halbkreisförmige Schaufeln 12 aufweist. Mit diesen Schaufeln arbeiten radiale halbkreisförmige Turbinenschaufeln 13 zusammen, die an einem Turbinenrad 14 vorgesehen sind, welches innerhalb des Gehäuseteils 10 und im Abstand von diesem angeordnet und auf der Ausgangswelle 15 verkeilt ist. Die Schaufeln 12 und 13 sind flach ausgebildet, mit Ausnahme einer geringen, nicht über 1° liegenden Schräge, welche zur Erleichterung des Formens notwendig ist. Die einander zugekehrten diametralen Kanten der Schaufeln 12 und 13 sind durch einen ringförmigen Spalt 16 voneinander getrennt, welcher eine bestimmte Breite aufweist, wie dies nachfolgend noch beschrieben werden soll.In the drawings, F i g. 1 is a partial vertical section of the hydrodynamic coupling according to the invention, FIG. 2 and 3 schematic sections similar to that of FIG. 1, but on a reduced scale, showing the fluid circulation are shown at a certain slip and at a standstill. It is now on F i g. Referring to Fig. 1, at 10 a by an electric induction motor (not shown) driven housing part is referred to, which with an impeller 11 is connected, which has radial semicircular blades 12. With these Blades work radial semicircular turbine blades 13 together, the on a turbine wheel 14 are provided, which within the housing part 10 and is arranged at a distance from this and is keyed on the output shaft 15. the Blades 12 and 13 are flat, with the exception of a minor one, not over 1 ° incline, which is necessary to facilitate shaping. The one another facing diametrical edges of the blades 12 and 13 are by an annular Gap 16 separated from each other, which has a certain width, like this will be described below.

Der ringförmige Arbeitsraum 17 für die Flüssigkeit zwischen den Schaufelabschnitten des Pumpenrads 11 und des Turbinenrads 14 plus dem Spalt 16 wird allgemein als Torus oder Ringraum bezeichnet, der einen radialen Abstand von der Welle 15 aufweist. Zwischen dem Arbeitsraum 17, der Welle 15 und Abschnitten des Pumpenrads 11 und des Turbinenrads 14 befindet sich eine ringförmige Kammer 18, die im folgenden als »Aufnahmekammer 18« bezeichnet wird und die mit den Ringraumabschnitten des Pumpenrads 11 und des Turbinenrads 14 durch ringförmige Schlitze 19 bzw. 20 in Verbindung steht. Der Schlitz 19 ist zwischen einem fest mit den radial am weitesten innen liegenden gekrümmten Kanten der Pumpenschaufeln 12 verbundenen Ring 21 und dem benachbarten Abschnitt des Pumpenrades 11 angeordnet, während der Schlitz 20 zwischen einem Ring 22, der fest mit den radial am weitesten innen liegenden gekrümmten Kanten der Turbinenschaufeln 13 verbunden ist, und dem benachbarten Abschnitt der Turbine 14 liegt.The annular working space 17 for the liquid between the blade sections of the impeller 11 and the turbine wheel 14 plus the gap 16 is generally called a torus or annulus, which is at a radial distance from the shaft 15. Between the working space 17, the shaft 15 and sections of the pump wheel 11 and of the turbine wheel 14 is an annular chamber 18, hereinafter referred to as "Receiving chamber 18" is called and the one with the annulus sections of the impeller 11 and the turbine wheel 14 through annular slots 19 and 20, respectively communicates. The slot 19 is farthest radially between one fixed and the other inner curved edges of the pump blades 12 connected ring 21 and the adjacent portion of the impeller 11, while the slot 20 between a ring 22 fixed to the radially innermost curved Edges of the turbine blades 13 is connected, and the adjacent portion of the Turbine 14 is located.

Unter Bezugnahme auf F i g. 1 wird der äußere Durchmesser des Arbeitsraumes 17 mit D bezeichnet, wobei der innere Durchmesser des Arbeitsraums 0,52 D beträgt. Somit ist das größte Maß des Arbeitsraumes 17 diametral zur Kupplung 0,48 D. Die größte axiale Breite des Arbeitsraumes 17 ist gleich der halben Differenz zwischen dem äußeren Durchmesser D und dem inneren Durchmesser 0,52 D bzw. gleich 0,24 D plus die Breite des Spaltes 16, welche 0,014 D beträgt, so daß der Radius einer jeden Schaufel 12 und 13 daher 0,12 D beträgt.Referring to FIG. 1, the outer diameter of the working space 17 is denoted by D, the inner diameter of the working space being 0.52 D. Thus, the largest dimension of the working space 17 diametrically to the coupling 0.48 D. The largest axial width of the working space 17 is equal to half the difference between the outer diameter D and the inner diameter 0.52 D or equal to 0.24 D plus the Width of the gap 16, which is 0.014 D, so that the radius of each blade 12 and 13 is therefore 0.12 D.

Die bezeichnete Spaltbreite von 0,014D kann innerhalb bestimmter Grenzen geringfügigen Änderungen unterliegen. Die Spaltbreite soll nicht weniger als 0,008 D und nicht mehr als 0,02 D betragen, weil festgestellt wurde, daß Spaltbreiten unter und über den genannten Grenzen die Arbeitsweise der Kupplung und die Drehmomentaufnahme nachteilig beeinflussen.The specified gap width of 0.014D can be within certain limits subject to minor changes. The gap width should not be less than 0.008 D and not more than 0.02 D because it was found that gap widths below and above the stated limits, the mode of operation of the clutch and the torque absorption adversely affect.

Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß der Arbeitsraum 17 fast kreisförmig ist und daß die von dem Pumpenrad 11 und dem Turbinenrad 14 eingeschlossenen Abschnitte desselben genau halbrund sind. Diese Form des Arbeitsraums 17 entlang den inneren Wandflächen des Pumpenrads 11 und des Turbinenrads 14 bilden nicht nur den kürzesten Weg für die Arbeitsflüssigkeit, sondern verursachen auch die geringsten Strömungsstörungen, d. h. Richtungswechsel je Längeneinheit.From Fig. 1 it can be seen that the working space 17 is almost circular and that the sections thereof enclosed by the pump wheel 11 and the turbine wheel 14 are exactly semicircular. This shape of the working space 17 along the inner wall surfaces of the pump wheel 11 and the turbine wheel 14 not only form the shortest path for the working fluid, but also cause the smallest flow disturbances, ie change of direction per unit length.

Das Volumen der Aufnahmekammer 18 zwischen dem Umfang der Welle 15, den radialen Endwänden 27 und 28 des Pumpenrads 11 und des Turbinenrads 14 und einer gedachten zylindrischen Fläche, die durch eine Linie 9 erzeugt wird, welche mit den inneren Flächen :der Ringe 21 und 22 zusammenfällt und parallel .zur Kupplungsachse liegt, soll Ein bestimmtes Verhältnis zum Volumen .des sogenannten Kupplungskreislauföls bei Normalfüllung aufweisen. Diese Menge des Kupplungskreislauföl's wirrt durch .dasjenige Ölvolumen bestimmt, welches notwendig ist, um den Arbeitsraum 17 minus dem * Inhalt der Schaufeln 12 und 13 und plus dem ringförmigen Spalt 1,6 und dem ringförmigen Raum29, welcher zwischen der radialen Wand 28 des Turbinenrads 14 und dem Gehäuseteil 10 eingeschlossen ist, zu füllen. Um das Verständnis dieses Kreislaufölvolumens der Kupplung zu erleichtern, .soll die in F i g. 1 gezeigte Kupplung als sich mit 09/o Schlupf drehend angesehen werden, so daß das Öl nicht im Arbeitsraum17 zirkuliert, sondern nur durch die Zentrifugalkraft radial nach außen von einer gedachten zylindrischen Fläche aus gedrückt wird, die durch eine Linie 30 erzeugt wird, welche den inneren Abschnitt des Arbeitsraumes 17 tangiert und parallel zur Achse der Kupplung liegt und daher einen Durchmesser von 0,52 D aufweist. Um die erforderliche niedrige Drehmomentübertragungsfähigkeit beim Stillstand sicherzustellen, soll das Volumen der Aufnahmekammer 18 zwischen 44 und 5211/o des Volumens des Kreislauföls der Kupplung betragen, wobei beide Volumina wie oben definiert sind. Für die ringförmigen Schlitze 19 und 20 beträgt die empfohlene axiale Breite für jeden Schlitz 0,0475 D, wobei die äußere radiale Wand des Schlitzes einen Abstand von 0,099 D von der Spaltkante der zugeordneten Schaufel hat.The volume of the receiving chamber 18 between the circumference of the shaft 15, the radial end walls 27 and 28 of the impeller 11 and the turbine wheel 14 and an imaginary cylindrical surface which is created by a line 9 which connects with the inner surfaces: the rings 21 and 22 coincides and lies parallel to the coupling axis, should have a certain ratio to the volume of the so-called clutch circuit oil at normal filling. This amount of clutch circuit oil flows through. The oil volume is determined which is necessary to the working space 17 minus the * content of the blades 12 and 13 and plus the annular gap 1,6 and the annular space 29, which is between the radial wall 28 of the turbine wheel 14 and the housing part 10 is included to fill. In order to facilitate the understanding of this circulation oil volume of the clutch, the in FIG. 1 clutch shown as rotating with 09 / o slip, so that the oil does not circulate in the working space 17, but is only pressed by the centrifugal force radially outward from an imaginary cylindrical surface, which is generated by a line 30, which the is tangent to the inner section of the working space 17 and is parallel to the axis of the coupling and therefore has a diameter of 0.52D. In order to ensure the required low torque transmission capacity at a standstill, the volume of the receiving chamber 18 should be between 44 and 5211 / o of the volume of the circuit oil of the clutch, both volumes being defined as above. For the annular slots 19 and 20, the recommended axial width for each slot is 0.0475 D, the outer radial wall of the slot being 0.099 D from the gap edge of the associated blade.

Um beste Resultate zu erzielen, soll ferner die Anzahl der Schaufeln im Pumpenrad 11 und im Turbinenrad 14 bei einem beliebigen Kreislaufdurchmesser D zwischen 40 und 48 betragen, solange die genannten Bedingungen hinsichtlich der Maßverhältnisse und relativen Volumina aufrechterhalten bleiben.The number of blades should also be used for best results in the pump wheel 11 and in the turbine wheel 14 at any circuit diameter D be between 40 and 48 as long as the conditions mentioned with regard to the Dimensional proportions and relative volumes are maintained.

Wenn unter normalen Laufbedingungen mit 3 bis 5 % Schlupf gearbeitet wird, findet der Arbeitskreislauf des Öls nur innerhalb des Arbeitsraumes 17 statt, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist, während bei einem Stillstand des Turbinenrades ein Teil des Öles einwärts durch den Schlitz 20 in die Aufnahmekammer 18 fließt, aus der das Öl wieder in den Arbeitsraum 17 durch den Schlitz 19 eintritt, wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, daß das Ölvolumen im Arbeitsraum 17 während des Abdrosselns bis auf ein Maß reduziert wird, welches durch das Ölvolumen bestimmt wird, welches durch die Aufnahmekammer 18 fließt und welches hinsichtlich der Drehmomentabgabe an das Turbinenrad nicht wirksam ist. Dieser Zustand erzeugt eine verhältnismäßig niedrige Drehmomentübertragung im Vergleich zu der, die ohne die Aufnahmekammer l8 erzielbar wäre, wobei jedoch bei Fortfall der Stillstands- bzw. Abdrosselungsbedingungen die volle Ö.bertragungsfähigkeit der Kupplung in kurzer Zeit wiederhergestellt wird.When working with 3 to 5% slip under normal running conditions is, the working cycle of the oil takes place only within the working space 17, as shown in FIG. 2 is shown while at a standstill of the turbine wheel some of the oil flows inwardly through the slot 20 into the receiving chamber 18, from which the oil re-enters the working space 17 through the slot 19, like this in Fig. 3 is shown. It can be seen that the oil volume in the working space 17 during the throttling is reduced to a level which is due to the oil volume is determined which flows through the receiving chamber 18 and which in terms of the torque output to the turbine wheel is not effective. This state creates a relatively low torque transfer compared to that without the receiving chamber l8 would be achievable, but if the standstill or throttling conditions the full oil transmission capacity of the coupling in a short time Time is restored.

Claims

Claims: 1 ,. Hydodynamic coupling with automatic torque crossing, in .der an annular receiving chamber arranged radially inside the working space whose .axial width is approximately the same as that of the working area and that with the working space via an annular passage arranged in the turbine wheel wall is in connection, thereby g e k e n n -z e i c h n e t, that in addition to that in the turbine wheel (14) arranged, from the working space (17) to the receiving chamber (18) leading passage (20) a corresponding passage (19) is also provided in the pump wheel (11) that the liquid is transferred from the receiving bin to the work area can.

2. Coupling according to claim 1, characterized in that the pump wheel (11) firmly connected to an annular housing part (10) in a manner known per se which surrounds the turbine wheel (14), and that the annular receiving chamber (18) has a volume which is between 44 and 52% of the volume that passes through the working space (17), the annular gap (16) separating the blades (12, 13) and the annular space (29) between the turbine wheel and the surrounding housing part reduced by the blade volume is determined.

3. Coupling according to one of claims 1 and 2, characterized in that the working space (17) has an outer diameter with the dimension D and an inner diameter with the dimension 0.52 D and an axial width of 0.24 D 5 plus the Gap (16), the width of the gap being uniform and not falling below 0.008 D and not exceeding 0.02 D.

4. Coupling according to claim 3, characterized in that that the cross-sectional area of the working space (17) is essentially circular. Documents considered: German Patent No. 836 718; Patent specification No. 16 013 of the Office for Invention and Patents in the Soviet Zone of Occupation Germany; VDI magazine, 102 (1960), No. 12, pages 447 and 448.