Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit Füllungsregelung,
insbesondere für den Antrieb eines Lüfterrades, mit einer umlaufenden Schöpfrohrkammer,
die über wenigstens eine Drosselbohrung mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung
steht, und mit einem feststehenden, die Schöpfrohrkammer ständig entleerenden Schöpfrohr
sowie mit einem durch einen Regler mittels eines Regelventils geregelten Zulauf
in den Arbeitsraum der Strömungskupplung, mit einem beweglichen Steuerkantenpaar
in dem Regelventil, dessen eine Steuerkante durch den Regler nach Maßgabe der Sollwertabweichung
verschoben wird und dessen andere mit einem Rückführungskolben fest verbunden ist,
der einerseits durch eine Feder im öffnenden Sinn für den Zulauf und im entgegengesetzten
Sinn, durch einen Druck belastet, im Beharrungszustand in einer Gleichgewichtslage
gehalten wird.The invention relates to a hydrodynamic coupling with filling control,
especially for driving a fan wheel with a circumferential scoop tube chamber,
which is connected to the working space of the clutch via at least one throttle bore
stands, and with a fixed, the scoop tube chamber constantly emptying the scoop tube
as well as with an inlet regulated by a regulator by means of a control valve
into the working space of the fluid coupling, with a movable pair of control edges
in the control valve, one of which is controlled by the controller in accordance with the setpoint deviation
is moved and the other is firmly connected to a return piston,
on the one hand by a spring in the opening sense for the inlet and in the opposite
Sense, loaded by pressure, in a steady state in a position of equilibrium
is held.
Der Zweck eines solchen Regelkreislaufes ist es, die Sekundärdrehzahl
einer Strömungskupplung auf einer bestimmten Drehzahl zu halten, im Fall des Lüfterantriebes
meist nach Maßgabe irgendeiner Kühlmitteltemperatur. Zur hydraulischen Rückführung
solcher Regelkreisläufe wurde bisher ein Rückführungskolben mit dem Druck der Fülleitung
nach dem Regelventil beaufschlagt. Die Rückführung wirkt bei dieser Anordnung jedoch
schon, bevor sich der Regeleingriff richtig ausgewirkt hat. Eine Zunahme des Fülldruckes
bewirkt zwar eine den Regeleingriff reduzierende Rückführbewegung, aber noch keine
Verringerung der Regelabweichung (Veränderung der Sekundärdrehzahl). Dadurch wurde
das Regelverhalten des Kreislaufes sehr träge, d. h., der Regelkreislauf reagiert
auf eine Störgröße nur sehr langsam. Außerdem waren diese Vorgänge von der Öltemperatur
und dessen Zähigkeit abhängig.The purpose of such a control loop is to control the secondary speed
to keep a fluid coupling at a certain speed, in the case of the fan drive
mostly according to any coolant temperature. For hydraulic return
Such control circuits were previously a return piston with the pressure of the filling line
applied after the control valve. However, the feedback works with this arrangement
even before the control intervention has really had an effect. An increase in the filling pressure
Although it causes a return movement that reduces the control intervention, it does not yet
Reduction of the control deviation (change in the secondary speed). This became
the control behavior of the circuit is very sluggish, d. That is, the control loop reacts
to a disturbance variable only very slowly. In addition, these operations were dependent on the oil temperature
and its toughness dependent.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Rückführung im Regelsystem derart
auszubilden, daß die Regelung der Sekundärdrehzahl weniger träge wird. Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei der eingangs erwähnten Strömungskupplung
in einer sekundärseitig mitrotierenden Schöpfrohrkammer ein stillstehendes Staudruckmeßrohr
in den verbleibenden Flüssigkeitsring eintauchend angeordnet ist, welches mit der
Druckseite des Rückführkolbens verbunden ist. Zweckmäßigerweise wird das Staudruckmeßrohr
gleich in die Wandung des Schöpfrohres eingelassen und die Meßöffnung am äußersten
Punkt des Schöpfrohres angebracht.The object of the invention is the feedback in the control system in such a way
train that the regulation of the secondary speed is less sluggish. According to the invention
This object is achieved in that in the aforementioned fluid coupling
a stationary back pressure measuring tube in a scoop tube chamber rotating with the secondary side
is arranged immersed in the remaining liquid ring, which with the
Pressure side of the return piston is connected. The dynamic pressure measuring tube is expediently
immediately embedded in the wall of the scoop tube and the measuring opening at the outermost
Point of the scoop tube attached.
Durch eine solche Ausbildung des Regelkreislaufes ist der Abnahmepunkt
der Rückführung an eine solche Stelle gelegt, an dem der Regeleingriff sich auch
tatsächlich als Regelgrößenveränderung auswirkt. Die Umfangsgeschwindigkeit in der
Schöpfrohrkammer ist zum einen proportional zur Sekundärdrehzahl, und daher ist
zum anderen der Staudruck aus dieser Umfangsgeschwindigkeit ein unverfälschtes Maß
für die tatsächliche Drehzahl des Turbinenrades und demgemäß ein hydraulisches Maß
für die tatsächliche Regelgröße. Dieser Druck wird auf den Rückführkolben gegeben.
Das heißt, durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird der Regelkreislauf überhaupt
erst mit einer echten Rückführung ausgestattet und wird daher rascher in der Ansprechzeit.
Viskositätseinflüsse werden völlig ausgeschaltet.Such a design of the control loop is the acceptance point
the return is placed in such a place where the control intervention is also
actually acts as a change in the controlled variable. The peripheral speed in the
Scoop tube chamber is on the one hand proportional to the secondary speed, and therefore is
on the other hand, the dynamic pressure from this peripheral speed is an unadulterated measure
for the actual speed of the turbine wheel and accordingly a hydraulic measure
for the actual controlled variable. This pressure is applied to the return piston.
That is to say, the control loop is actually created by the design according to the invention
first equipped with a real feedback and is therefore faster in the response time.
Influences of viscosity are completely eliminated.
Eine solche, eingangs genannte Regelkupplung ist in der deutschen
Patentschrift 976 865 dargestellt. Aus dieser Druckschrift (Patentanspruch und Abbildung)
geht eindeutig hervor, daß es sich um eine regelbare hydrodynamische Kupplung mit
einem feststehenden Schöpfrohr handelt und daß ferner zwischen Regelventil und Kupplung
nur eine einzige Verbindungsleitung vorgesehen ist, die auf Grund der Regelbarkeit
der Kupplungsfüllung sowohl als Zu- als auch als Abführleitung dient. Es handelt
sich hierbei um eine Kupplung, bei der die Schöpfrohrkammer und der Arbeitsraum
durch eine Zwischenwand getrennt sind. Diese Zwischenwand weist eine Übertrittsöffnung
auf, so daß beide Räume nicht als kommunizierendes System wirken können. Dadurch
werden die Füllung des Arbeitsraumes und die Wirkungsweise der Kupplung überhaupt
erst gewährleistet. Bei diesem System ist eine Füllung des Arbeitsraumes nur über
eine in ihn einmündende Seitenöffnung in der einzigen Verbindungsleitung möglich.
Diese Kupplung stellt somit den Stand der Technik dar, von dem eingangs ausgegangen
wird.Such a control clutch mentioned at the beginning is in the German
Patent 976 865 shown. From this publication (claim and illustration)
clearly shows that it is a controllable hydrodynamic coupling with
a fixed scoop tube and that further between control valve and coupling
only a single connection line is provided, which is due to the controllability
the coupling filling serves as both an inlet and an outlet line. It deals
This is a coupling in which the scoop tube chamber and the working space
are separated by a partition. This partition has an overflow opening
so that both rooms cannot act as a communicating system. Through this
the filling of the working space and the mode of operation of the clutch in general
only guaranteed. With this system, the working space is only filled over
a side opening opening into it is possible in the single connecting line.
This coupling thus represents the state of the art, which was assumed at the beginning
will.
Die Anwendung von Staurohren im Strömungsmaschinenbau ist bekannt.
Bekannt ist auch, den mit dem Staurohr gemessenen Druck auf eine Kolbenfläche wirken
zu lassen, um mit diesem Kolben mit einer entsprechenden Kraft auf irgendeine Vorrichtung
einzuwirken (USA.-Patentschriften 2 924 941 und 2 933 236). In der deutschen Patentschrift
976 540 ist ferner ein neben einem stillstehenden Schöpfrohr angeordnetes Hilfsschöpfrohr
offenbart. Dieses kann jedoch nicht als Staudruckmeßrohr dienen, da es zur Förderung
eines für das Geschlossenhalten eines Schnellschlußventils nötigen ständigen Flüssigkeitsstromes
benutzt wird und auf Grund mangelnden Staues nicht in der Lage ist, einen Meßdruck
aufzustauen.The use of pitot tubes in flow machine construction is known.
It is also known that the pressure measured with the pitot tube act on a piston surface
to let around with this piston with an appropriate force on some device
(U.S. Patents 2,924,941 and 2,933,236). In the German patent specification
976 540 is also an auxiliary scoop tube arranged next to a stationary scoop tube
disclosed. However, this cannot serve as a pressure measuring tube, since it is used for conveying
a constant flow of liquid necessary to keep a quick-closing valve closed
is used and due to a lack of traffic jams is not able to provide a measuring pressure
to accumulate.
Die Erfindung ist an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Die Figur zeigt eine hydrodynamische Nabenkupplung eines Lüfterrades
mit einem Regelventil und der Staurohrrückführung.The invention is based on an embodiment shown in the drawing
explained in more detail. The figure shows a hydrodynamic hub coupling of a fan wheel
with a control valve and the Pitot tube return.
Mit 1 ist die Antriebswelle der Strömungskupplung bezeichnet,
deren Lagerung in dem nicht dargestellten stillstehenden Nabenteil des Ventilators
untergebracht ist. Auf der Antriebswelle 1 ist das Pumpenrad 2 der Kupplung aufgekeilt.
Dem Schaufelkranz 3 des Primärrades 2 gegenüber ist der Kranz 4 des mit den Lüfterschaufeln
5 zusammengegossenen Sekundär- oder Turbinenrades 6 angeordnet. Das Sekundärrad
6 ist auf dem weitergeführten Stummel der Primärwelle 1 gelagert. Es weist eine
das Primärrad 2 umfassende Schale 7 und eine äußere Schöpfkammerwand 8 auf, die
beide die vom Arbeitsraum 3/4 im wesentlichen getrennte Schöpfkammer 9 bilden.
Die den Arbeitsraum 3/4
von der Schöpfkammer 9 trennende Umfassungsschale
7 ist am Außenumfang von kleinen Drosselbohrungen 10 durchbrochen. In die Schöpfkammer
9 ragt das stillstehende und nicht verschiebbare Schöpfrohr 11, dessen Anschluß
nach außen mit 12 bezeichnet ist und welches direkt in den Pumpensumpf 13 fördert.
In die Wandung des Schöpfrohres ist das Staudruckmeßrohr 14 eingearbeitet, dessen
Meßöffnung 15 am äußersten Punkt des Schöpfrohres angebracht ist. Da die Meßöffnung
noch außerhalb der Schöpföffnung in der Schöpfrohrwand liegt, findet die Meßöffnung
immer einen Flüssigkeitsring, dessen Umlaufgeschwindigkeit dort einen Druck hervorruft.
Der
Anschluß des Staudruckmeßrohres ist mit 16 bezeichnet.The drive shaft of the fluid coupling is denoted by 1 , the bearing of which is housed in the stationary hub part, not shown, of the fan. The pump wheel 2 of the coupling is keyed on the drive shaft 1. The ring 4 of the secondary or turbine wheel 6, which is cast together with the fan blades 5, is arranged opposite the blade ring 3 of the primary wheel 2. The secondary wheel 6 is mounted on the continued stub of the primary shaft 1. It has a shell 7 surrounding the primary wheel 2 and an outer suction chamber wall 8, both of which form the suction chamber 9 , which is essentially separated from the working space 3/4. The surrounding shell 7 separating the working space 3/4 from the pumping chamber 9 is pierced on the outer circumference by small throttle bores 10. The stationary and non-displaceable scoop tube 11 protrudes into the scoop chamber 9, the connection of which is denoted to the outside by 12 and which conveys directly into the pump sump 13. The back pressure measuring tube 14 is incorporated into the wall of the scoop tube, the measuring opening 15 of which is attached to the outermost point of the scoop tube. Since the measuring opening is still outside the scoop opening in the scoop tube wall, the measuring opening always finds a liquid ring, the speed of which causes a pressure there. The connection of the dynamic pressure measuring tube is denoted by 16.
Wesentlicher Bestandteil des Regelkreislaufes ist das Regelventi117.
Es weist ein Paar beweglicher Steuerkanten 18 und 19 auf. Die eine der Steuerkanten,
Kante 18, ist an dem durch den Temperaturregler 20 bewegten Steuerstift 21 angebracht.
Der Regler 20 verschiebt nach Maßgabe der im Rohr 22 mit dem Temperaturfühler 23
gemessenen Temperatur den Stift 21 und damit die Kante 18 und gibt damit einen Strömungsquerschnitt
von der Pumpe 24 über die Fülleitung 25 in den Arbeitsraum 3/4 der Kupplung bzw.
sperrt ihn ab. Die in dem axial beweglichen Gehäuse 26 angebrachte und mit dem Rückführkolben
27 gekuppelte Steuerkante 19 ist zunächst noch stillstehend. Der Rückführkolben
27 ist nämlich einerseits durch eine Feder 28, andererseits über die Leitung 16
durch den im Staurohr wirkenden Druck belastet und nimmt je nach der Umfangsgeschwindigkeit
eine bestimmte Gleichgewichtslage ein. Wird durch den Regler 20 eine Drehzahlerhöhung
des Lüfterrades befohlen, so vergrößert er den Füllquerschnitt. Der Füllungsgrad
in der Kupplung und mit ihm die Sekundärdrehzahl nehmen zu. Die erfolgte Drehzahlzunahme
am Ventilator und demnach die in der rotierenden Schöpfkammer im Flüssigkeitsring
erfolgte Geschwindigkeitszunahme bewegt den Rückführkolben derart, daß er den Regelimpuls,
die Querschnittsveränderung im Zulauf, wieder rückgängig macht. Das heißt, erst
nach erfolgtem Ausgleich der Regelabweichung wird der Regelimpuls durch die Rückführung
abgeschwächt.The control valve is an essential part of the control circuit.
It has a pair of movable control edges 18 and 19. One of the control edges
Edge 18 is attached to the control pin 21 moved by the temperature controller 20.
The controller 20 moves in accordance with the temperature in the pipe 22 with the temperature sensor 23
measured temperature the pin 21 and thus the edge 18 and thus gives a flow cross section
from the pump 24 via the filling line 25 into the working space 3/4 of the coupling or
locks him off. The mounted in the axially movable housing 26 and with the return piston
27 coupled control edge 19 is initially still stationary. The return piston
27 is namely on the one hand by a spring 28, on the other hand via the line 16
loaded by the pressure acting in the pitot tube and increases depending on the peripheral speed
a certain equilibrium position. If the controller 20 increases the speed
command of the fan wheel, it increases the filling cross-section. The degree of filling
in the clutch and with it the secondary speed increase. The speed increase that took place
on the fan and therefore in the rotating pumping chamber in the liquid ring
The increase in speed that has occurred moves the feedback piston in such a way that it generates the control pulse,
the change in cross-section in the inlet, reverses. That is, first
after the system deviation has been compensated for, the control pulse is generated by the feedback
weakened.