-
Kernringlose Strömungskupplung mit einem zumindest zu einem wesentlichen
Teil radial innerhalb des Arbeitsraumes angeordneten Aufnahmeraum (Stauraum) Die
Erfindung betrifft eine Verbesserung von kernringlosen Strömungskupplungen, bei
denen ein mindestens zu einem wesentlichen Teil radial innerhalb des Arbeitsraumes
liegender und von dem im Pumpenrad befindlichen Arbeitsraumteil durch eine Trennwand
abgegrenzter sogenannter Stauraum vorgesehen ist. Der Stauraum steht durch dem Turbinenrad
zugewandte Öffnungen mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung, derart, daß
sich bei großem Schlupf ein Teil der Arbeitsflüssigkeit im Stauraum anstaut und
dadurch die Kraftübertragungsfähigkeit entsprechend vermindert ist.
-
Diese Kupplungsausführung erfüllt die Forderung einerseits nach einer
ausreichend großen Drehrnomentverminderung bei großem Schlupf und andererseits nach
ungestörter Strömung und hohem Wirkungsgrad im Normalbetrieb mit kleinem Schlupf.
Beim Übergang von kleinem auf großen Schlupf zeigte sich jedoch ein Nachteil insofern,
als dann die Wirkung des Stauraumes plötzlich und sofort in großem Ausmaße einsetzt
und hierdurch eine unerwünscht große Absenkung des Drehmomentes im Bereich mittlerer
Schlupfwerte erfolgt. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist bereits vorgeschlagen
worden, die im radial inneren Bereich des der Arbeitsflüssigkeit zugänglichen Kupplungsraumes
befindlichen Bauteile - z. B. die Trennwand selbst oder/und im oder nahe am Stauraum
befindliche zusätzliche Einbauten - derart auszubilden, daß bei einer Verlagerung
der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Ringströmung aus dem mittleren Durchmesserbereich
des Arbeitsraumes in den Bereich des Stauraumes, d. h. also bei Zunahme des Kupplungsschlupfes,
eine mit dieser Strömungsverlagerung allmählich von Null an zunehmende Beeinflussung
der Ringströmung in dem Sinne erfolgt, daß die Kraftübertragungsfähigkeit vermindert
wird, sei es durch Drosselung der Strömung oder Verminderung der im eigentlichen
Arbeitsraum befindlichen Flüssigkeitsmenge.
-
Die Erfindung geht von einer solchen Strömungskupplungsbauart aus
und bezweckt eine weitere Verbesserung des obenerwähnten Nachteils. Erfindungsgemäß
wird der Stauraum so ausgebildet, daß er Meridianebenen mit unterschiedlicher axialer
Länge aufweist. Auf Grund dieser Ausbildung ist dann das Fassungsvermögen der in
verschiedenen Umfangswinkelbereichen der Kupplung liegenden Stauraumabschnitte und
deren Einzelstanwirkung unterschiedlich groß, und infolgedessen tritt bei der Verlagerung
, des vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Teils der Ringströmung aus dem mittleren
Arbeitsraumbereich in den radial inneren Bereich eine nur allmählich einsetzende
und allmählich zunehmende Gesamtstauwirkung und Gesamtdrosselung der Kreisringströmung
ein. Auf diese Weise wird somit ebenfalls der unerwünschte Drehmomentabfall im Bereich
mittlerer Schlupfwerte vermieden.
-
Um diese Wirkung zu erhöhen, kann die vorerwähnte Ausbildung noch
mit der Maßnahme kombiniert werden, wonach der Stauraum Meridianebenen mit auch
in radialer Richtung unterschiedlicher Ausdehnung aufweist.
-
Die unterschiedliche axiale Tiefe des Stauraumes läßt sich in zweckmäßiger
Weise mit einer Ausbildung erreichen, bei der die dem Turbinenrad zugewandte Stirnkante
der Trennwand in verschiedenen Meridianebenen in bezug auf die Achsrichtung in verschiedenen
Bereichen liegt, d. h. also, daß sich diese Stirnkante nicht in einer einzigen achssenkrechten
Ebene befindet. Hierbei ist es außerdem möglich, die Trennwand in an sich bekannter
Weise konisch auszubilden - wobei der größere Durchmesser dem Turbinenrad benachbart
ist -, so daß dann sowohl die axiale als auch die radiale Erstreckung der Trennwand
längs des Umfanges variiert und wodurch die angestrebte Wirkung noch gesteigert
wird.
-
Ferner ist eine Ausführungsform der Erfindung möglich, bei der die
vom Turbinenrad abgewandte Begrenzungswand des Stauraumes - d. h. also die Stauraumrückwand,
die in der Regel achssenkrecht oder angenähert achssenkrecht verläuft - in verschiedenen
Meridianebenen in bezug auf die Achsrichtung in verschiedenen Bereichen liegt. Hierbei
empfiehlt sich zwecks Vereinfachung und Verbilligung der Fertigung außerdem eine
Konstruktion, bei der die Stauraumrückwand von Füllkörpern oder Einsätzen gebildet
wird, die gesondert von den
übrigen Teilen des Pumpenrades hergestellt
sind. Bei der Herstellung des Pumpenrades, etwa durch Gießen, Pressen od. dgl.,
kann dann die Stauraumrückseite ursprünglich als einfache planparallele oder zumindest
als rotationssymmetrische Fläche ausgebildet werden, vor die dann zwecks Erzielung
der erfindungsgemäßen Gestalt der Stauraumrückwand die vorgenannten Füllkörper oder
Einsätze gesetzt werden. Dies hat noch den weiteren Vorteil, daß verschieden geformte
_Füllkörper oder Einsätze verwendbar sind, so daß sich unter Benutzung ein und derselben
Kupplungsgrundform je verschiedene Kupplungsabarten mit unterschiedlicher Charakteristik
erzielen lassen.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand mehrerer Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Hierbei stellen dar F i g. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. einen
Querschnitt einer erfindungsgemäßen Strömungskupplung, bei der die turbinenseitige
Stirnkante der Trennwand in verschiedenen axialen Bereichen liegt, F i g. 3 eine
zugehörige Abwicklung des Zylinderschnittes 1-I nach F i g. 1, F i g. 4 einen Teillängsschnitt
durch das Pumpenrad einer gegenüber F i g. 1 bis 3 geringfügig abweichenden Kupplungsausführung,
F i g. 5 einen Längsschnitt durch ein Pumpenrad, dessen Stauraumrückwand in verschiedenen
Meridianebenen in verschiedenen Axialbereichen liegt, F i g. 6 eine zugehörige Abwicklung
des Zylinderschnittes II-II nach F i g. 5, F i g. 7 eine der F i g. 5 ähnliche Pumpenradausführung,
jedoch mit gesonderten Einsätzen an der Stauraumrückseite, F i g. 8 einen Längsschnitt
durch eine Strömungskupplung mit konischer Trennwand und F i g. 9 eine Abwicklung
des Zylinderschnittes nach IH-III in F i g. 9.
-
Gemäß F i g. 1 bis 3 ist mit 191 das Pumpenrad (mit dem Antriebsmotor
verbundenes Schaufelrad) und mit 192 das Turbinenrad der Strömungskupplung bezeichnet.
Radial innerhalb der Pumpenradbeschaufelung 193 ist ein Stauraum 194 vorgesehen,
der durch die Trennwand 195 gegen den im Pumpenrad befindlichen Strömungsraumteil
abgegrenzt ist. Bei kleinem Kupplungsschlupf verläuft die Kreisringströmung nach
dem voll ausgezogenen Pfeil 196, d. h. also außerhalb des Stauraumes und ohne Beeinträchtigung
durch diesen. Der strichlierte Pfeil 197 deutet dagegen die Strömung bei großem
Schlupf an, wobei ein Teil der Arbeitsflüssigkeit innerhalb des Stauraumes 194 angestaut
und dort zurückgehalten wird.
-
Wie insbesondere aus der F i g. 3 ersehen werden kann, liegt die turbinenseitige
Stirnkante 198 der Trennwand 195 nicht in ein und derselben achssenkrechten Ebene,
sondern erstreckt sich - in Achsrichtung betrachtet - über einen bestimmten Bereich
derart, daß die Zylinderabwicklung dieser Stirnkante 198 etwa sinusförmig verläuft.
Diese Ausbildung hat zur Folge, daß die Stauraumabschnitte 194' ein großes Fassungsvermögen
haben, wogegen die Stauraumabschnitte 194" bzw.194"' ein kleineres bzw. das kleinste
Aufnahmevermögen besitzen. Daraus resultiert in verschiedenen Umfangswinkel bereichere
der Kupplung eine unterschiedlich große Stauwirkung, wodurch beim rt.Ibergang von
kleinem auf großen Kupplungsschlupf und umgekehrt der erwünschte allmähliche Verlauf
der Drehmomentübertragungsfähigkeit erreicht wird.
-
Sofern es erwünscht ist, einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den
in axialer Richtung verschieden tiefen Stauraumabschnitten 194', 194" und 194"'
hintanzuhalten, sind diese Abschnitte durch radial und achsparallel gerichtete Zwischenwände
voneinander getrennt. Im vorliegenden Fall liegen diese Zwischenwände in der Verlängerung
von Pumpenradschaufeln, um eine einfache Fertigung zu gewährleisten.
-
Die F i g. 4 zeigt eine gegenüber der F i g.1 geringfügig abgewandelte
Ausführung eines Pumpenrades. An dessen Rückwand 201 ist eine den Stauraum 202 radial
nach außen begrenzende Trennwand vorgesehen, die in verschiedenen Umfangswinkelbereichen
der Kupplung je verschiedene Querschnitte gemäß den Querschnittsprofilen 203' bzw.
203" (strichliert dargestellt) und 203"' (punktiert) aufweist. Die Pumpenschaufeln
204 bilden auch hier mit ihrem radial innersten Bereich Zwischenwände für den Stauraum
202.
-
In. den F i g. 5 und 6 ist an Hand eines Längsschnittes bzw. der Abwicklung
eines Zylinderschnittes nach der Linie II-II der F i g. 5 eine weitere erfindungsgemäße
Pumpenradausführung dargestellt. Die längs des Umfanges variierende axiale Tiefe
des Stauraumes 211 wird hier dadurch erzielt, daß dessen Rückwand 212 in verschiedenen
Umfangswinkelbereichen in. Achsrichtung eine unterschiedliche Lage hat und in der
Abwicklung nach F i g. 6 eine etwa sinusförmige Schnittfläche aufweist. Die dem
Turbinenrad zugewandte Stirnkante 213 der den Stauraum radial nach außen begrenzenden
Trennwand 214 liegt dagegen hier in einer einzigen achssenkrechten Ebene. Ferner
sind auch hier radial und achsparallel gerichtete Zwischenwände 215 zur Unterteilung
des Stauraumes vorgesehen. Die Pumpenradschaufeln 216 sind in dem oberen Teil der
F i g. 6 strichliert angedeutet.
-
Bei der Pumpenradausbildung nach F i g. 7 entspricht die äußere Gestaltung
im Prinzip der F i g. 5, d. h., daß auch hier die turbinenseitige Stirnkante 221
der Trennwand 222 in einer achssenkrechten Ebene liegt, während die Rückwand 223
des Stauraumes eine gleiche sinusförmige Gestalt aufweist wie die Rückwand 212 nach
den F i g. 5 und 6. Die Rückwand wird allerdings hier von einem von den übrigen
Teilen des Pumpenrades 225 gesondert gefertigten und als Blechpreßteil hergestellten
Einsatz gebildet, der durch Schweißen mit der Trennwand 222 und der Pumpenradnabe
224 verbunden ist. Es lassen sich dann, durch Anwendung lediglich verschiedenartiger
Einsätze und ansonsten gleicher Kupplungsteile ohne Schwierigkeit verschiedenartige
Charakteristiken erzielen.
-
Die F i g. 8 und 9 zeigen schließlich eine weitere Kupplungsausführung
mit konisch ausgebildeter Trennwand 231, die als gesonderter Blechpreßteil hergestellt
und an dem Pumpenrad 232 durch Niete 233 befestigt ist. Die in F i g. 9 dargestellte
Abwicklung des Zylinderschnittes III-III nach F i g. 8 läßt ersehen, daß die turbinenseitige
Stirnkante 234 der Trennwand 231 im abgewickelten Zustand eine Sinusform aufweist.
Infolgedessen haben hier die einzelnen Winkelabschnitte des Stauraumes 235 sowohl
in axialer als auch in radialer Richtung eine unterschiedliche Ausdehnung, was sich
in bezug auf
den angestrebten Verlauf der Drehmomentcharakteristik
besonders günstig auswirkt. - Das Pumpenrad 232 sowie das Turbinenrad 236 sind hier
einschließlich ihrer Beschaufelungen 237 bzw. 238, jedoch mit Ausnahme der Trennwand
231, gleich ausgebildet.