-
StrÖmungskupplung mit regelbarem Füllungsgrad Die Erfindung bezieht
sich auf eine Strömungskupplung mit einem von einem Pumpenrad und einem Turbinenrad
umschlossenen Arbeitsraum und einer mit diesem Arbeitsraum in kommunizierender und
weni-stens angenähert ungedrosselter Verbindung stehenden und etwa den gleichen
Durchmesser aufweisenden, mit dem Pumpenrad oder Turbinenrad umlaufenden Flüssigkeitskammer
sowie einer mit dem Staudruck des im Arbeitsraum bzw. in der Flüssigkeitskammer
rotierenden Flüssigkeitsringes arbeitenden, auf einen beliebigen Wert innerhalb
des Durchmesserbereiches der Arbeitskammer einstellbaren Schöpfrohr, von dem aus
die abgeschöpfte Flüssigkeit in einen Kühlkreislauf geleitet wird, sowie einer aus
einem Sumpf saugenden Füllpumpe mit Druckleitung. Das Schöpfrähr dient bei dieser
Kupplungsbauart im Gegensatz zu einer solchen, bei der d#ie Schöpfrohrkammer nur
über relativ kleine Bohrungen an den Arbeitsraum der Kupplung angeschlossen ist,
sozusagen als Überlaufrohr und bestimmt durch die radiale Stellung seidner Schöpföffnung
geometrisch genau die in der Kupplung befindliche Flüssigkeitsmenge. Wenn das Schöpfrohr
ganz nach innen gezogen ist, hat die Kupplung die größte Füllung.
-
Der Durchfluß durch die Kupplung wird bei dieser Ausführung in der
Regel durch eine dauernd laufende Pumpe bewirkt und ist im wesentlichen auch in
seiner Menge ausschließlich von der Größe dieser Pumpe abhängig. Diese Bauart kann
daher besonders für hohe Belastungen, also für Kupplungen mit spezifisch hoher Umfangsgeschwindigkeit
benutzt werden. In einem solchen Falle ist nämlich eine große, in äußeren Umlauf
versetzte öhnenge zur Abführung der Schlupfwärme notwendig. Wegen dieses Herausführens
großer öhnengen aus der Kupplung ergeben sich bei dieser Bauart gewisse Schwierigkeiten
durch Schaumbildung im Sumpf etwa in der Weise, daß gelegentlich die Füllpumpe versagt,
so daß Schwankungen in der Leistungsübertragung der Kupplung eintreten. Außerdem
wird hierbei mit der Förderleistung der Füllpumpe auch die ölumlaufmenge vorübergehend
verkleinert und damit die Wärmeabfuhr aus der Kupplung beeinträchtigt. Ein weiterer
bekannter Nachteil der Schaumbildung ist die Verminderung der Lebensdauer des öls.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungskupplung von
der eingangs erwähnten Bauart ohne großen Aufwand so auszubilden, daß trotz eines
erheblichen zur Kühlung erforderlichen Flüssigkeitsdurchsatzes eine die schnelle
und störungsfteie Regelbarkeit beeinträchtigende Schaumc bildung der Flüssigkeit
vermieden wird. Hierzu wird die Kombination folgender Merkmale vorgeschlagen: a)
Der Flüssigkeitskreislauf vom Arbeitsraum über das verstellbare Schöpfrohr und wieder
zurück zum Arbeitsraum ist als geschlossener, an allen Stellen einem Druck unterworfener
Zwangskreislauf ausgebildet, b) die an das verstellbare Schöpfrohr angeschlossene
Leitung ist mit der Druckleitung der Füllpumpe verbunden.
-
Bei Kupplungsbauarten mit regelbarem Füllungsgrad, bei denen das Schöpfrohr
in einen mit dem Pumpen- oder Turbinenrad umlaufenden, den Arbeitsraum der Kupplung
überragenden und einschließenden Behälter eingreift, in den die Kupplung durch Drosselbohrungen
während des Betriebes ständig etwas Öl abführt, und auch bei Kupplungen mit
feststehendem Schöpfrohr, deren Füllungsgrad durch eine Motorsteuerpumpe geregelt
wird, ist es zwar an sich bekannt, das vom Schöpfrohr erfaßte öl in geschlossener
Leituno, wieder dem Arbeitsraum der Kupplung zuzuführen. In beiden Fällen handelt
es sich aber um Kupplungen, deren Füllungsgrad bei konstanter geringer Entnahme
von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum durch geregeltes vorübergehendes stärkeres Zuführen
von Betriebsflüssigkeit geregelt wird, bei denen also während des normalen stationären
Betriebszustandes überhaupt nur sehr geringe öhnengen in äußerem Umlauf sind, und
zwar ausschließlich durch das Schöpfrohr in Umlauf gehalten werden.
-
Auch bei einer anderen Kupplungsbauart, bei der zur geometrisch genauen
Einstellung des Füllungsgrades der Kupplung zwar das Prinzip der Anordnun
-
eines Schöpfrohres in einer mit dem Arbeitsraum in ungedrosselter Verbindung stehenden,
axial neben dem Arbeitsraum liegenden Schöpfrohrkammer beibehalten, aber für weniger
anspruchsvolle Benutzuna,sfälle auf den Durchsatz von Betriebsflüssigkeit,
d. h. auf den äußeren Flüssigkeitsunilauf während des normalen stationären
Betriebes verzichtet wurde, ist es an sich bekannt, das Schöpfrohr mit seinem äußeren
Ende unmittelbar an die Fülleitung anzuschließen, die hierfür unter einem konstanten,
dem Schöpfrohrdruck etwa entsprechenden Druck stehen muß. Bei dieser Bauart wird
aber nur während des Regelvorganges. also nach einem Einwärts- oder Aus#xiirtsschwenken
eines Schöpfrohres Flüssigkeit aus der Kupplung entfernt bzw. in diese eingeführt,
während im stationären Betrieb überhaupt kein Flüssi-keitsaustausch stattfindet.
Diese Bauart eignet sich demnach nur für schwach belastete Kupplungen, bei denen
im stationären Betrieb die Wärmeabfuhr über die Wandungen der Kupplungen ausreichend
ist und bei denen das gemäß der Erfinduno, zu lösende Problen, über'naupt nicht
auftritt.
-
Im Ge-ensatz hierzu handelt es sich bei der Erfindun- um eine Ausführungsform,
bei der dem Arbeitsraum der Kupplung eine große, und zwar ständig gleich groß,-
Flüssigkeitsmenge zugeführt und C C
durch das Schöpfrohr ständig, also auch
während des stationären Betriebes, eine große Flüssigkeitsmenge entnommen wird und
bei der die Regelung durch vorübergehendes geregeltes noch stärkeres Entnehmen bzw.
etwas schwächeres Entnehmen von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum bewirkt wird. Im
Gegensatz zu allen bekannten Kupplungsausführungen geht es hier also darum, bei
einer Kupplung mit großem äußerem ölumlauf trotz dieses großen Umlaufs einen schaumfreien,
d. h. störungsfreien Betrieb zu erhalten, um so unerwünschte Schwankungen
in der Kraftübertragung und insbesondere auch unerwünschte Schwankung ,en in der
Wärmeabfuhr und damit eine überhitzung der Kupplung bzw. des Kupplungsöls zu vermeiden.
-
Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung wird die an die
Abschöpfvorrichtung angeschlossene Leitung mit einer für einen Teilstrom bemessenen,
in den die Fülleinrichtung speisenden Vorratsbehälter (Sumpf od. dgl.) mündenden
Abzweigleitung versehen, damit die Kühlwirkung des im übri-Z, C
Oren totgelegten
Ölsurnpfes ausgenutzt wird.
-
Um den Entleervorgang zu beschleunigen, kann nach einer weiteren zweckmäßigen
Ausgestaltung dei Erfindung in der Fülleitung hinter der Verbindungsstelle der Druckleitung
der Füllpumpe mit der an das Schöpfrohr angeschlossenen Leitung ein willkürlich
oder automatisch einstellbares Drosselventil angeordnet werden. Zweckmäßigerweise
wird das einstellbare Drosselventil mit einem sich unter dem Flüssigkeitsdruck des
Kühlkreislaufes gegen die Kraft einer Feder verschieblichen Drosselkörper ausgestattet,
derart, daß bei hohem Flüssigkeitsdruck das Drosselventil geschlossen wird.
-
Die Erfinduna wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
-
F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform mit verschwenkbarem Schöpfrohr
und einer aus einem Sumpf ansaugenden Füllpumpe sowie einem mit dem Verstellschöpfrohr
gekuppelten Drosselventil in der zur Kupplung führenden Fülleitung; F i
g. 2 zeigt eine Ausführung des Drosselventils in der Weise, daß stets ein
Teilstrom des vom Schöpfrohr erfaßten Öls in den Sumpf gelangt und F! g. 3
eine Ausführungsform der Erfindung mit Zahnradpumpe als Füllpumpe.
-
Ein nicht dargestellter Motor treibt über die Motorwelle
1 und das Zahnradpaar 2/3 mit hoher Drehzahl das Pumpenrad 4 der Strömunaskupplung
an. Das Turbinenrad 5 wird von der Abtriebswelle 6 getragen. Es wird
von einer mit dem Pumpenrad verbundenen Schale 7 eingeschlossen, die so ausgebildet
ist, daß zwischen der Rückwand des Turbinenrades und der Schale eine mit dem vom
Pumpen- und Turbinenrad eingeschlossenen Arbeitsraum der Kupplung in im wesentlichen
ungedrosselter Verbindung stehende Flüssi-keitskammer 8 für das Schöpfrohr
9
verbleibt. Dieses ist in einem mit dem Gehäuse 10 der Kupplung starr
verbundenen Träger 11 um die Achse 12 verschwenkbar gelagert. Es ist mit
seinem inneren Ende an eine in diesem Trägger 11 gebildete Kammer
13 angeschlossen, die ihrerseits über die Leitung 14 mit dem Kühler
15 in Verbindun- steht, derart, daß das vom Schöpfrohr erfaßte
Öl durch diesen Kühler geleitet wird. Aus dem Kühler führt eine Leitung
16
zu einem Drosselventil 17, das im übrigen mit einer Fülleituna
18 an die feststehende Füllkammer 19 der Strömungskupplung angeschlossen
ist. Außerdem C el fährt zum Drosselventil 17 die Druckleitung 20
der Kreiselpumpe 21, die aus dem Behälter 22 saugt. Der im Drosselventil gleitend
gelagerte und mit entsprechenden Steuerkanten und öffnungen versehene Drosselkörper
ist mit 23 bezeichnet und wird mit einem auf der Verstellachse 12 des Schöpfrohres
gekuppelten Kurvenkörper 24 gesteuert.
-
Das Drosselventil 17 ist in der Stellung gezeigt, die es einnimmt,
wenn das Schöpfrohr in der Stellung für volle Füllung. also mit seiner Schöpföffnung
in der innersten Radiallage steht. In dieser Stellung läßt das Drosselventil das
durch die Leitung 14, 16 fließende öl weitgehend ungedrosselt zurück
in die Fülleitung 18 und die Füllkammer 19 gelangen. Außerdem ist
hierbei auch die Druckleituna 20 mit der Fülleitung in Verbindung.
-
Wenn das Schöpfrohr beispielsweise aus seiner Stellung »Kupplung leer«
in die Stellung »Kupplung voll« verschwenkt, also in seine innerste Radialstellung
zurückgezogen wird, dann fällt der Druck auf die Schöpföffnung des Schöpfrohres
weitgehend ab, und das von der Füllpumpe 21 geförderte Öl kann über die Druckleitung
20 und das Drosselventil 17
einerseits durch die Fülleitung 18 und
andererseits durch die über den Kühler 15 führende Leitung 14,
16 rückwärts hindurch durch das Schöpfrohr 9 in die Flüssigkeitskammer
8 und aus dieser in den Arbeitsraum gelangen. Sobald sich die Kupplung bis
auf den durch die Schöpfrohrstellung festgelegten Betrag anfüllt, baut sich in der
an das Schöpfrohr angeschlossenen Leitung 14, 16 wieder der Gegendruck auf,
so daß der Pumpendruck überwunden wird und diese Leitung wieder in der anderen Richtung
durchströmt, also der äußere Ölumlauf im wesentlichen wieder durch die Leitung 14,
16 vollzogen wird. Die Füllpumpe 21 hat dann jeweils nur noch die Leckverluste
zu ersetzen und den überlagerungsdruck aufrechtzuerhalten.
-
Durch die Koppelung des Drosselkörpers 23 des Drosselventils
17 über den Kurvenkörper 24 mit der Schöpfrohrverstelladhse 12 ist dafür
Sorge getragen,
daß der äußere ölumlauf um so größer ist,
je größer der Wärmeanfall in der Kupplung ist.
-
Bei dem in F i 1-. 1 gezeigten Ausführun sbeispiel e
C 9
für das Drosselventil ist der kolbenartige Drosselkörper 33 so
ausgebildet, daß ein Teilstrom des vom Schöpfrohr erfaßten und über den Kühler durch
die Abzweigleitung 16 dem Drosselventil 17a zugeleiteten Öls stets durch
die Bohrungen 25 in eine in den Behälter 22 führende Leitung 26 gelangen
kann. Außerdem ist hierbei nicht eine in einer Richtung formschlüssige Verbindung
zwischen dem Drosselkörper 33 und dem mit der Schöpfrohrverstellachse 12
gekuppelten. Kurvenkörper 24 vorgesehen, sondern eine durch Zwischenschaltung einer
Feder 27
erzielte kraftschlüssige, und zwar federnd nachgiebige Verbindung
hergestellt. Hierdurch ergibt sich die CD ZD Möglichkeit, den Entleervorgang
der Kupplung zu beschleunigen, indem beim plötzlichen Ausschwenken des Schöpfrohres
9 die hierbei auftretende Drucksteigerung in der Leitung 14, 16 den
Drosselkörper 33 gegen die Kraft der Feder 27 vorüber-C ,-ehend nach
oben drückt und dadurch die Verbin-dung zwischen der Fülleitung
18 an der Steuerkante 28 vorüber-ehend unterbricht, so daß für eine
schnelle teilweise oder vollständige Entleerung das vom Schöpfrohr 9 erfaßte
öl nicht unmittelbar zurück in die Strö.-tnungskupplung gelangen kann, sondern
durch die Druckleitunor 20 gegen den Pumpendruck in den Behälter 22 gelangt.
-
Bei der in F i g. 3 schematisch dargestellten Ausführungsform
der Erfindung ist die als Kreiselpumpe ausgebildete Füllpumpe 21 des Ausführungsbeispiels
nach F i g. 1 durch eine Zahnradpumpe 31 ersetzt. Außerdem ist der
Kühler 15 hierbei in der Richtung des normalen äußeren ölumlaufs hinter der
Anschlußstelle der an das Schöpfrohr angeschlossenen Leitung 14 a,
16 a in die Druckleitung 20 angeordnet. Das Schöpfrohr ist hier einschließlich
der Kupplung nicht dargestellt. An die Leitung 14 a ist ein einstellbares
überströmventil 29 angeschlossen. In die Füllleitung 18a ist wiederum ein
willkürlich einstellbares oder auch selbsttätig gesteuertes Drosselventil
17b
eingebaut. Zur selbsttätigen Steuerung dieses Ventils Z, el kann
etwa auch ein Thermostat verwendet werden, der den ölumlauf in Abhängigkeit von
der Öltemperatur oder von dem Wärmeanfall an irgendeiner geeigneten anderen Stelle
beispielsweise so steuert, daß die öltemperatur in gewissen Grenzen bleibt.