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Hydrostatische Regelkupplung Die Erfindung bezieht sich auf eine hydrostatische
Regelkupplung, deren rotierendes Gehäuse in der Mitte mit einer aus je zwei
oder mehreren radial außen- bzw. innenliegenden Kreisbahnteilen und diese verbindenden
übergängen bestehenden Kurvenbahn und zu beiden Seiten mit den in radialer Richtung
nicht durchbrochenen Läufer seitlich dichtend umgebenden Druckscheiben versehen
ist und deren Läufer mit mindestens acht, in radialen Schlitzen gleitenden und durch
Anpreßfedern auswärts gedrückten Schaufeln bestückt ist.
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Die Anwendung einer Flügelpumpeneinheit für Regelzwecke ist nach dem
USA.-Patent 2 932 949 prinzipiell bekannt. Hier ist mit der Antriebswelle
ein Rotor verbunden, in dessen leicht tangentialen Umfangsschlitzen Schaufeln gleiten
und sich durch öldruck und Fliehkraft nach außen gepreßt den Konturen der den Rotor
umgebenden Reihe von Arbeitskammern anpassen. Von der Antriebswelle einkommende
Leistung wird von den Schaufeln in hydrostatische Förderung des Arbeitsmediums umgesetzt.
Arbeitet die Maschine als Kupplung, so muß, solange eine Drehzahl- und Drehmomentdifferenz
zwischen der Antriebs- und Abtriebswelle besteht, Wärme abgeführt werden, deren
Menge um so größer ist, je größer dieDifferenzist. Während desEinkuppelnsund
längeren Beharrens im Schlupfzustand rotiert der kleine Rotor zunächst allein und
dann immer noch erheblich schneller als das Arbeitsgehäuse. Der hierdurch erzwungene
ölumlauf muß sich in Wärme umsetzen, die das erst anlaufende Gehäuse mit den Arbeitskammern
nicht in ausreichendem Maß ableiten kann. Somit erhitzt sich das Arbeitsmittel erheblich.
Ein vollständiger Umlauf innerhalb der Kupplung ist nicht vorgesehen, sondern das
Medium wird aus der Kupplung in ein stehendes Reservoir herausgeführt und aus diesem
wieder in den Umlauf zurückgesaugt. Damit wird die Wänne auf das Reservoir übergeben,
von dem sie trotz der schlechten Wärmeübertragung des öles langsam nach außen entweicht.
Da die ganze Kupplung zusätzlich in dem verschlossenen Reservoir eingebettet ist
und ständig nachheizt, bedeutet hier die Beschränkung des Wänneflusses auch die
Belastungsgrenze beim Betrieb irn Regelzustand.
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Die beidseitigen Lagerböcke mit den Dichtungen nehmen bei dieser Konstruktion
kostbare Baulängen ein, und das Ölreservoir mit den Kühleinrichtungen beansprucht
ebenfalls erheblichen Raum und trägt unerwünscht zum Gewicht und den Kosten einer
solchen Anlage bei.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische Regelkupplung
zu schaffen, die sich durch gedrungene und dabei hoch belastbare Bauweise auszeichnet,
deren zur Erzeugung des ölkreislaufes erforderliche Teile sämtlich rotieren, die
durch ebenfalls mitrotierende Kühlmittel eine intensive Kühlung des Arbeitsmediums
gewährleistet und bei der im ausgekuppelten Zustand durch strömungsgünstige, kurze
Leitung des Arbeitsmediums und in eingekuppeltem Zustand durch Verminderung des
Schlupfes auf ein Minimum die Entstehung von Reibungswärme stark reduziert wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfinduncr die Kombination
folgender Merkmale vorgesehen: a) An den Druckscheiben sind Druckausgleichskammern
angeordnet, die mit den die Druckscheiben durchsetzenden Druckkanälen in Verbindung
stehen; b) in den Druckscheiben sind axial verlaufende Steuerkanäle angeordnet,
die die unter den Schaufeln befindlichen Räume je nach Relativlage zur Kurvenbahn
entweder mit der Druck-oder Saugseite der Kupplung verbinden; c) innerhalb der Druckscheiben
verlaufen die Druckkanäle radial nach innen zu einem Steuerschieber, der den Umlauf
des Arbeitsmediums durch einen zentral gelegenen Ringkanal mehr oder weniger drosselt;
d) das umlaufende Arbeitsmedium wird unmittelbar innen am Kupplungsgehäuse
vorbeigeleitet, wobei das Kupplungsgehäuse außen mit Kühlrippen, die von einer mitunilaufenden
Abdekkung umgeben sind, bestückt ist und als Radialgebläse wirkt.
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Die Ausgestaltung der hydrostatischen Regelkupplung nach der Erfindung
führt zu kleinen Umlaufölmengen im ausgekuppelten Zustand, so daß hohe Leerlaufdrehzahlen
bei kleinster Restmitnahmeleistung und geringem Wärineanfall verwirklicht
werden.
Durch die Anordnung von Druckausgleichskammern und kurzen, nur innerhalb der Kupplung
selbst verlaufenen Flüssigkeitskanälen kann einerseits mit eine hohe Belastbarkeit
zulassenden großen Drücken gearbeitet werden, andererseits wird die hierbei beim
Regelbetrieb anfallende große Wärmemenge durch die speziellen Kühlmaßnahmen zuverlässig
abgeführt. Hierdurch ist die Kupplung bei hoher übertragungsfähigkeit mit relativ
geringen Ab-
messungen und niedrigem Gewicht auszuführen.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Nach F i g. 1 bis 3 treibt die Antriebsmaschine über
den innen verzahnten Flansch 1 das mehrteilige Kupplungsgehäuse, das aus
dem Kurvenzylinder 2, den Druckscheiben 3 a und 3 b,
den Deckscheiben 4 a
und 4 b und dem Kühler 5 besteht, an. Der
Läufer 6,
in dem die von Federn 7 und dem öldruck radial auswärts gedrückten
Schaufeln 8 gleiten, ist in den Druckscheiben 3 a und
3 b auf Nadellagern 10 a und 10 b gelagert
und ragt mit der Abtriebswelle 11 aus dem Kühler 5 heraus. Der Kurvenzylinder
2 bildet einen Laufring mit inneren zylindrischen, konzentrischen Segmenten
50 und erweitert sich zu mindestens zwei Arbeitskammern 55, bestehend
aus einer Hubkurve 51, einem Zylindersegment 52 und einer Senkungskurve
53. Die Druckscheiben 3 a und 3 b tragen an ihrer Außenseite
Dichtringe 19, die an den Deckscheiben 4 a und 4 b dichtend
anliegen und mit diesen die Druckausgleichskammern 21 und 22 bilden.
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Auf einer Seite des Läufers 6 ist in der Druckscheibe
3 a der Druckkanal 23 eingelassen, durch den das Drucköl in
die Druckausgleichskammer 21 fließt. Diese hat Verbindung über die Bohrungen 24
mit den Räumen 25 im Läufer 6 unter den Schaufeln 8
und weiter
über die Bohrungen 26 in der Druckscheibe 3 b mit der Druckausgleichskammer
22 und setzt diese ebenfalls unter Druck. Dem in der Kupplung herrschenden Öldruck,
der bestrebt ist, die inneren Partien der Druckscheiben 3 a und
3 b auseinanderzuzwängen und zu entweichen, wird durch die Druckausgleichskammern
21 und 22 eine Gegenkraft entgegengesetzt, welche das Spiel zwischen den Druckscheiben
3 a und 3 b und dem Läufer 6 gering hält.
Aus der Druckausgleichskammer 21 fließt das Druckbl durch die Bohrungen
27 in den Ringkanal 28, von da durch den Zylinder 29 zunächst
entspannt in den Kühler 5, in dem die Luft auszentrifugiert wird, dann außen
am Gehäuse vorbei in den äußeren Ringraum 30. Da es unter kommunizierendem
Druck der Fliehkraft steht, fließt es durch die Bohrungen 31
in den inneren
Ringraum 32 und wird durch die Bohrungen 33 in der Druckscheibe
3 b wieder angesaugt. Im Zylinder 29 ist ein eingeschliffener, entlasteter
Ringkolbenschieber 35 angeordnet, der über die Schulter 36 und die
Scheibe 37 mit der Steuerhülse 38 verbunden ist und mit ihr verschoben
werden kann. Die Steuerhülse 38 ist mit der Dichtung 39
gegen die Abtriebswelle
11 und mit der Dichtung 40 gegen die Mittelbohrung des Kühlers
5 abgedichtet. Der Kühler 5 ist um das Kupplungsgehäuse gelegt und
mit der Deckscheibe 4 b durch Schrauben 44 b
verschraubt und
durch die Dichtung 41 abgedichtet. Er ist innen mit radialen Wärineableitrippen
42 und außen mit ebenfalls radialen Kühlrippen 43 besetzt, deren an der Stirnfläche
liegende Partien 42 a als Kreiselpumpe auf das Öl und deren Partien 43 a
ali Kühlluftgebläse wirken. Die Wirksamkeit des Küh lers wird durch die Abdeckung
43 b erhöht, di( gleichzeitig, ebenso wie das die Schrauben 44 del,
Deckscheibe4b abdeckende Blech45, als Unfall. schutz dient.
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Der für die Vermeidung von Druckspitzen bei Erwärmung, Gasbildung
usw. erforderliche Windkesse'. 46, der die Ausdehnung des Umlauföls gestattet, isi
in die hohle Abtriebswelle 11 verlegt. Die zwischer. den Lagerungen
10 a und 10 b verbleibenden kleineren Hohlräume 47 und der innere
Raum 48 des Kühlers 5 werden zusätzlich als Windkessel benutzt.
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Die Kupplung ist gegen überlastung durch dw Sicherheitsventil 54 gesichert,
welches bei zu hohern Drehmoment gegen den Druck der Feder 49 öffnel und das Drucköl
aus der Druckausgleichskammer 21 in den Kühler 5 übertreten läßt.
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Da das Gewicht des rotierenden Öles unter dem Einfluß der Rotation
weit über dem Ansaugevermögen der Kupplung liegt, liegen die Saugleitungen, bestehend
aus den Ringräumen 30, 32 und den Bohrungen 31 und 33, radial
außerhalb des rotierenden Mindestspiegels Sp der Ölfüllung und stehen unter kommunizierendem
Fliehkraftdruck. Zudem sind alle drucklosen oder auf der Saugseite befindlichen
Leitungen zur Mitte hin schräge oder in Stufen steigend angeordnet oder entlüftet,
so daß sich keine Luftansammlungen außerhalb des Windkessels bilden können. So sind
z. B. die Ringräume 30 und 32 sowie die Bohrungen 31 und
33 durch die Bohrungen 56
entlüftet. Die Bohrungen 57 und
58 sind weitere Entlüftungs- und Ausgleichsbohrungen dieser Art. Etwaige
beim Anfahren in den Hohlräumen 25 erscheinende Luft entweicht durch die
Spalte 60 in den Windkessel 46. Das Volumen der Druckausgleichskammer22,
deren innerer Teil nicht entlüftet werden kann, ist auf ein Minimum reduziert.
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Die Bohrung 61 des auswechselbaren Flansches 1
ist aus
Fertigungsgründen (Räumen) durchgehend ausli,leführt und wird gegen den Innenraum
der Kupplung mittels der Deckscheibe 62 und der Dichtung 63 verschlossen.
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Die Steuerhülse 38 trägt an ihrem aus dem Kühler
5 herausragenden Teil einen Stellring 64, der durch Sprengringe
65 axial gesichert ist und mit Hilfe der Gabel 66, die an den Zapfen
67 angreift, axial verschoben werden kann. Da der Stellring 64 drehbar auf
der Steuerhülse 38 gelagert ist, kann sich diese, je nach dem Grad
der Reibung in den Dichtungen 39 und 40 auch mitdrehen. Sie wird in eingekuppelter
Position, zusammen mit dem Ringkolbenschieber 35 durch die Schulter
68 gestoppt.
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Die Kupplung kann auch als Fliehkraftkupplung ausgebildet werden.
In diesem Fall wird ein Steuerventil 69 zwischen der Druckausgleichskammer
21 und dem Kühlerinnenraum 48 angeordnet, dessen Ventilkugel 70 von der Feder
71 in öffnungsstellung gehalten wird. Bei höherer Drehzahl überwiegt die
auf die Ventilkugel 70 einwirkende Fliehkraft den Druck der Feder
71 und schließt das Ventil 69, womit die Kupplung eingekuppelt ist.
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Bei dem in F i g. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird
das umlaufende Öl nicht um das Gehäuse, sondern durch die hohle Abtriebswelle
11 geleitet, die vom Läufer 6 getrieben wird, wenn der Schieber
75
den Ringraum 78 gegen den Zylinder 79 abschließt.
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ie Regelung erfolgt mit Drucköl, das der zentralen
Druckkammer
74 in der Deckscheibe 74 b über den hydraulischen Schleifring 72 und
die Bohrung 86 zugeleitet wird. Der Schieber 75 wird von der Feder
85
bei nachlassendem Öldruck in der Druckkammer 74 im öffnungssinn bewegt.
Der Raum 76 in der Abtriebswelle 11, der die Feder 85 aufnimmt,
ist durch die Bohrung 77 entlüftet. Lecköl, das durch die Dichtungen
83, 84 und 80 in die Ringräume 87 und 88
eindringt, wird
über die Bohrungen 82 und 97 dem ölkreislauf zugeführt. Diese Ausführung
gestattet es, 6it Kupplung über die hydraulische Verstellung des Schiebers fernzubetätigen.
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Bei dieser Ausführung sind die Druckscheibe 73 a
und
die Deckscheibe 74a bzw. 73b und 74b jeweils aus einem Stück gefertigt
und die Druckausgleichskammern 91 und 92 durch Einstiche gebildet.
Der Kühler 5, der außen mit Kühlrippen 43 besetzt ist, trägt innen den Zylinder
9, der die Druckausgleichskammer 92 mit den Dichtungen 10 gegen
die Scheiben73a und 74a abdichtet und den Außenring für das Nadellager 12 der Abtriebswelle
11 bildet. Diese ist mit einem zweiten Nadellager 13 nochmals direkt
in der Druckscheibe 73 b gelagert. Sie bildet mit dem Läufer 6 ein
Stück, in dessen Schlitzen die Schaufeln 8 gleiten, die durch Federn
7 und den Öldruck im Raum 25 gegen den Kurvenzylinder 2 gepreßt werden.
Wo sich diese zu Kammern 55 erweitert, befinden sich die Einlaßbohrungen
33, denen das Öl
aus der Abtriebswelle 11 durch die Bohrungen
14, den Ringraum 90, die Bohrungen 93 des Kühlers und den Ringraum
94 unter dem Einfluß der Fliehkraft zuströmt. Hat eine weitere Schaufel
8 ein bestimmtes ölvolumen eingeschlossen, so drängt die Kurve
53
die Schaufel 8 einwärts, wobei sich die Kammer 55
verkleinert.
Das Öl wird nun durch die Kanäle 23 in die Druckausgleichskammer
91 gedrückt und fließt durch die Bohrungen 15 in den Zylinder
79 in der Abtriebswelle, womit der Kreislauf vollendet ist.
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Bei geschlossenem Schieber 75 baut sich in der Druckausgleichskammer
91 ein statischer Druck auf, der sich über die Bohrungen 95, den Raum
25 unter den Schaufeln 8 und die Bohrungen 96 auf die Druckausgleichskammer
92 fortpflanzt. Hierdurch werden die Druckscheiben 73 a und
73 b eng an die Flanken des Läufers 6 gepreßt und die Abdichtung verbessert.
Der statische Druck blockiert den Läufer zuletzt im Kurvenzylinder 2, womit die
Kupplung nahezu schlupflos eingekuppelt ist.
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In F i g. 5 ist eine Kupplung dargestellt, die der Ausführung
nach F i g. 1 bis 3 stark angeglichen ist. Bei dieser Kupplung wird
der Verschleiß des Läufers 6 dadurch herabgesetzt, daß der Läufer
6 von der Abtriebswelle 11 getrennt wird und von dieser nur über Zähne
89 mitgenommen wird. Der Läufer 6
ist hier mit dem Nadellager
100 getrennt auf dem Zylinder 114 der Deckscheibe 14 a gelagert, während
die Abtriebswelle 11 mit dem Nadellager 112 in der Innenbohrung des Zylinders
114 und mit dem Nadellager 113 in der Deckscheibe 14 b gelagert ist.
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Bei der Ausführung nach F i g. 6 wird alternativ die mit dem
Läufer 6 verbundene Welle 211 angetrieben, während das Gehäuse wahlweise
steht oder mitgenommen wird. Diese Kupplung ist in bezug auf den Pumpen- und Regelteil
wie die Ausführung nach F i g. 4 ausgebildet. Sie unterscheidet sich lediglich
durch einen mit der Welle 211 umlaufenden Kühler 205, der geschützt unter
der Abdeckung 245 des Gehäuses angebracht ist.