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Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitskupplung mit einem treibenden
Planetenradträger, mehreren im Abstand von der Drehachse des Trägers radial angeordneten
und in eine am Umfang des Trägers oder einer Trommel unter der Wirkung der Zentrifugalkraft
ausgebildeten Flüssigkeitsringschicht eintauchenden, mit Schaufeln zum Auffangen
von Arbeitsflüssigkeit aus der Ringschicht versehenen Schöpfrädern und mit einer
von den Schöpfrädern getriebenen Welle.
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Es ist bekannt (USA.-Patentschrift 2 289 440), die Füllung einer hydrodynamischen
Kupplung bzw. Wandlers mittels eines Schöpfrohres zu regeln, das in die unter der
Wirkung der Zentrifugalkraft in einem angetriebenen Gehäuseteil ausgebildete Flüssigkeitsringschicht
eintaucht, die von der aus der Turbine austretenden Flüssigkeit gespeist wird, und
das aus der Ringschicht entnommene Flüssigkeit der Pumpe zuführt. Die Eintauchtiefe
des Schöpfrohres kann von außen her eingestellt werden, so daß der Pumpe mehr oder
weniger Flüssigkeit zugeführt und damit die Füllung der Kupplung verändert wird.
Damit kann die Abtriebsdrehzahl innerhalb des Schlupfbereichs der Kupplung geregelt
werden.
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Die Erfindung geht von einer in der französischen Patentschrift
1253 785 beschriebenen Einrichtung aus, bei der im Schlupfbereich der Kupplung
sich die Schöpfräder relativ zu der die Flüssigkeitsringschicht enthaltenen angetriebenen
Trommel drehen, dabei aus der Ringschicht Flüssigkeit aufnehmen und in den Bereich
zwischen der Kupplungsachse und der Schöpfradachse transportieren. Dort fließt die
Flüssigkeit aus dem Schöpfrad aus, so daß stets eine Seite des Schöpfrades gefüllt
und die gegenüberliegende Seite entleert ist. Dadurch entsteht unter der Einwirkung
der Zentrifugalkraft ein Ungleichgewicht am Schöpfrad und damit ein Drehmoment um
die Schöpfradachse, das zur Beschleunigung der Abtriebswelle dient. Je größer die
Drehzahl der Abtriebswelle ist, desto geringer wird die Drehzahl des Schöpfrades,
bis schließlich beim Erreichen der Nenndrehzahl der Abtriebswelle das Schöpfrad
gegenüber der Trommel stillsteht. In diesem Zustand wird Drehmoment übertragen,
da die eine Seite des Schöpfrades noch gefüllt und die gegenüberliegende Seite entleert
ist. Ferner ist in diesem Zustand die Drehzahl der Abtriebswelle gleich der Drehzahl
der angetriebenen Trommel.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kupplung so auszubilden,
daß die Drehzahl der Abtriebswelle nach Erreichen der Nenndrehzahl weiter in das
Oberdrivegebiet erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein an sich
bekanntes, in die Ringschicht eintauchendes Schöpfrohr in einen am Träger angeordneten
Ringkanal mündet, der mit Öffnungen zum Einleiten von Arbeitsflüssigkeit in die
Schaufeln der Schöpfräder versehen ist.
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Bei Erreichen der Nenndrehzahl der Abtriebswelle wird das Schöpfrohr
in die Flüssigkeitsringschicht eingetaucht und führt über den Ringkanal den Schaufeln
des Schöpfrades zusätzliche Flüssigkeit zu, so daß die Füllung der Schaufeln vergrößert
wird, also bereits teilentleerte Schaufeln wieder vollständig aufgefüllt werden.
Dadurch wird das bei Nenndrehzahl an sich stillstehende Schöpfrad wieder angetrieben,
jedoch in einer gegenüber dem Zustand vor Erreichen der Nenndrehzahl umgekehrten
Drehrichtung, so daß das Schöpfrad gegenüber der Trommel nunmehr voreilt, während
es im Schlupfbereich der Kupplung unterhalb der Nenndrehzahl nacheilte. Durch diese
Drehung des Schöpfrades mit umgekehrten Vorzeichen wird die Abtriebswelle unter
Beibehaltung ihrer Drehrichtung weiter beschleunigt und erhält eine größere Drehzahl
als die Nenndrehzahl bzw. die Drehzahl der angetriebenen Trommel, wobei das übertragbare
Drehmoment entsprechend geringer wird. Dadurch kann in einfacher Weise die Drehzahl
der Kupplung ins Oberdrivegebiet erhöht werden.
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Es ist vorteilhaft, den Ringkanal derart auszulegen, daß im Oberdrivegebiet
der Kupplung von ihm die gesamte Arbeitsflüssigkeitsmenge aufgenommen werden kann,
wenn das Schöpfrohr in die Ringschicht eintaucht. Dann kann sich keine Ringschicht
mehr am Innenumfang der Trommel ausbilden, so daß das von der Ringschicht auf das
Schöpfrad beim Durchtreten ausgeübte Bremsmoment entfällt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können in den
Böden und/oder den Seitenwänden der Schaufeln Öffnungen vorgesehen sein. Dadurch
läßt sich in einfacher Weise die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie verändern. Die Erfindung
ist nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Seitenschnitt
längs der Linie 1-I in F i g. 2, F i g. 2 eine Seitenansicht im Schnitt längs der
Linie II-II in F i g. 1, F i g. 3 eine perspektivische Darstellung einer Schöpfradschaufel
mit Öffnungen in den Seitenwänden und F i g. 4 eine Seitenansicht im Schnitt von
Schöpfradschaufcln mit Öffnungen in den Böden längs der Linie IV-IV in F i g. 1.
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In der Zeichnung weist die Flüssigkeitskupplung 10 eine Antriebswelle
12 auf, die fest mit der als Planetenradträger dienenden Trommel 14 verbunden ist
und die mit Achsen 16 versehen ist, auf denen Zwischenzahnräder 18 drehbar gelagert
sind, die mit den Planetenrädern 20 kämmen, die drehbar auf den fest mit der Trommel
14 verbundenen Achsen 22 gelagert sind. Ein koaxial zur Trommel 14 und der Antriebswelle
12 angeordnetes Sonnenrad 24 kämmt mit den Zwischenzahnrädern 18 und ist bei 26
in der Trommel drehbar gelagert. Eine getriebene Welle 28 ist in einem Abschlußdeckel
30 drehbar gelagert. Die Zahnzahl der Planetenräder und des Sonnenrades ist gleich.
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Mit den Planetenrädern 20 sind Schöpfräder 32 fest verbunden, auf
deren Umfang mehrere Schaufeln 34 gleichmäßig um die Planetenradachse verteilt sind.
Die Schaufeln 34 sind im Ouerschnitt C-förmig und sind zwischen zwei Scheiben angeordnet,
von denen die eine Scheibe 36 ringförmig und die andere Scheibe 37 fest mit dem
Planetenrad 20 verbunden ist. Die Schaufeln dienen zum Einschöpfen von Flüssigkeit.
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Mit der Trommel 14 ist eine innere Trennwand 38 verbunden, die an
ihrer Außenseite mit Öffnungen 40
versehen ist. Mit dieser Trennwand ist ein
Ring 42 mit einem Winkelprofil verbunden, der einen nach innen zu offenen, zur Trommel
koaxialen Ringkanal 43 bildet. Die Trennwand 38 ist ferner mit öffnungen
44 (F i g. 2) versehen, die aus dem Ringkanal so ausmünden, daß Arbeitsflüssigkeit
in die der Trommel nacheilenden Schaufeln einfließen kann. Die aus
dem
Ringkanal 43 ausmündenden Öffnungen 44 sind in den Wandungen 45 angeordnet,
die sich innerhalb der Scheibe 37 in das Schöpfrad 32 erstrecken. Ein Schöpfrohr
46, dessen Einlaßende mit 48 und dessen Auslaßende mit 50 bezeichnet ist, ist mit
einem Zapfen 52 fest verbunden, der schwenkbar in der Abschlußplatte 30 angeordnet
ist. Mit dem Zapfen 52 ist ein Handgriff 56 verbunden, durch dessen Einstellung
die Eintauchtiefe des Schöpfrohres 46 in die Flüssigkeitsringschicht 58 am Innenumfang
der Trommel 14 einstellbar ist. Die bei 48 in das Schöpfrohr 46 aus der Flüssigkeitsringschicht
eintretende Arbeitsflüssigkeit fließt in Pfeilrichtung 70 bei 50 aus dem Schöpfrohr
46 in den Ringkanal 43 und von dort in Pfeilrichtung 72 bzw. 74 in die Schaufeln
34 der Schöpfräder 32. Aus F i g. 2 ist ersichtlich, daß die Schaufeln der Drehrichtung
der Trommel 14 nacheilen.
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Gemäß F i g. 3 sind in den seitlichen Scheiben 36 bzw. 37 im Bereich
der Schaufeln 34 Öffnungen 60 angeordnet. Gemäß F i g. 4 sind in den Böden der Schaufeln
34 Öffnungen 62 angeordnet. Die Pfeilrichtung 64 gibt die Richtung der auf die Arbeitsflüssigkeit
66 in den Schaufeln gerichteten Zentrifugalkraft an, die vom Bereich der Trommelachse
weg gerichtet ist. Infolge der Öffnungen in den Schaufelböden fließt die Arbeitsflüssigkeit
von einer Schaufel in die nächste usw.
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Zum Inbetriebsetzen wird Arbeitsflüssigkeit in die Trommel eingefüllt,
die Antriebswelle mit einer Antriebsmaschine und die getriebene Welle mit einer
Arbeitsmaschine verbunden. Wird die Trommel 14 von der Antriebswelle 12 angetrieben,
so wird an ihrem Innenumfang eine Flüssigkeitsringschicht 58 ausgebildet, die ein
Bremsmoment auf die Schöpfräder 32 ausübt, so daß Drehmoment auf die getriebene
Welle 28 übertragen wird. So lange die Drehzahl der getriebenen Welle geringer als
die Trommeldrehzahl ist, drehen sich die Planetenräder 20 um ihre Achsen, so daß
die Schaufeln 34 durch die Flüssigkeitsringschicht 58 hindurchtreten und Flüssigkeit
einschöpfen. Die von der Trommelachse hinwegererichtete Zentrifugalkraft, die auf
die Arbeitsflüssigkeit in den Schaufeln einwirkt, verursacht ein Drehmoment um die
Schöpfradachse. Dieses Drehmoment wird auf das Sonnenrad 24 über die Zwischenzahnräder
18 übertragen und steht an der getriebenen Welle als Ausgangsmoment zur Verfügung.
Bei voller Drehzahl der getriebenen Welle gelangen die Planetenräder relativ zur
Trommel zum Stillstand und drehen sich nur mehr gemeinsam mit der Trommel und der
getriebenen Welle um die Trommelachse.
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Ist das Gleichgewicht zwischen dem von der Arbeitsflüssigkeit in den
Schaufeln 34 erzeugten Drehmoment und dem von der Arbeitsmaschine verlangten Drehmoment
erzielt. so weisen die Antriebswelle und die getriebene Welle die gleiche Drehzahl
auf. Ist dieses Drehmoment nicht das maximale Drehmoment, für das die Kupplung ausgelegt
ist, dann kann durch das Einfließen von Arbeitsflüssigkeit über das Schöpfrohr 46
durch die Öffnungen 44 in die Schaufeln der Schöpfräder das von der Kupplung übertragene
Drehmoment und die Drehzahl der getriebenen Welle 28 ins Oberdrivegebiet erhöht
werden.
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Mit Öffnungen in den Schaufeln gemäß F i g. 3 und 4 kann ein Drehzahlverhältnis
zwischen der Antriebswelle und der getriebenen Welle erzielt werden, das kleiner,
gleich oder größer als Eins ist, indem man die Eintauchtiefe des Einlaßendes 48
in die Flüssigkeitsringschicht 58 verändert, so daß die den Schaufeln zugeführte
Arbeitsflüssigkeitsmenge kleiner, gleich oder größer als die Menge des Flüssigkeitsverlustes
aus den Schaufeln ist.
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Mit Öffnungen 62 in den Schaufelböden kann man unabhängig vom Drehmoment
eine konstante Drehzahlkennlinie erzielen, während mit Öffnungen in den Seitenwänden
der Schaufeln eine vom Drehmoment abhängige Drehzahlkennlinie sich einstellt.
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In F i g. 4 zeigen die Pfeile 64 die Richtung der auf die in den Schaufeln
befindliche Flüssigkeit 66 wirksamen und aus dem Bereich der Trägerachse 12, 28
fortgelenkten Zentrifugalkraft an.
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In dem Ausführungsbeispiel ist der Planetenradträger als Trommel ausgebildet.
Der Planetenradträger scann aber auch mit der Antriebswelle verbunden sein, wobei
eine eigene frei um die Planetenradträgerachse drehbare Trommel angeordnet ist.
Wird der Planetenradträger in Pfeilrichtung 80 angetrieben, so dreht sich auch die
Trommel in dieser Richtung, ob sie nun fest mit dem Planetenradträger oder frei
drehbar gegenüber diesem ist. Die Drehrichtung der Schöpfräder 32 ist in Pfeilrichtung
82. wenn die getriebene Welle eine geringere Drehzahl als die Antriebswelle hat.
An Stelle der Zwischenzahnräder 18 können auch die Planetenräder mit dem Sonnenrad
verbindende Antriebsketten vorgesehen sein.