DE1575842A1 - Belueftete Fluessigkeitskupplung - Google Patents

Description

Eolipse Consultants Limited, Oshawa, Ontario, Canada

"Belüftete Flüssigkeitskupplung"

Die Erfindung bezieht sich auf Flussigkeitskupplungen mit einem Pumpen- und einem Turbinenrad (manchmal als Leit- und Laufrad bezeichnet), die jedes mit einer Vielzahl von radial sich erstreckenden Wirbel bildenden Schaufeln versehen sind, wobei diese Elemente innen eine Arbeitskammer, die eine Arbeitsflussigkeitsmenge, gewöhnlich ein Öl,enthält, bilden und die beiden Elemente zur gegenseitigen Drehmomentübertragung durch iTüssigkeitawirbel miteinander gekuppelt sind, die sich in der Arbeitskammer zwischen den Schaufeln einstellen.

Flüssigkeitskupplungen werden gewöhnlioh aur Kraft- oder Leistungsübertragung zwischen einem Antrieb, z.B. einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor und einer duroh den Antrieb zu treibenden Last eingesetzt. Bei

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einer idealen Anordnung ist das durch die Kupplung übertragene Drehmoment vernachlässigter, während der Antrieb leer läuft und wächst übergangslos und allmählich auf
ein Maximum an, wenn der Antrieb den optimalen Geschwindigkeitsbereich, für den er ausgelegt ist, erreicht; wenn zur irgendeinem Zeitpunkt die abgetriebene Kupplungshälfte überlastet ist oder durch Überlast zum Stillstand gekommen ist, wird das maximal durch die Kupplung übertragbare Moment automatisch auf einen Wert begrenzt, so daß der Antrieb innerhalb des optimalen Geschwindigkeitsbereiches weiterläuft, bei dem er das maximal verfügbare
Ausgangsdrehmoment liefert.

Selbst bei Maximalleistung müssen die beiden Kupplungselemente einen Schlupf relativ zueinander, gewöhnlich etwa 2 - 5 ^aAt aufweisen, um die Wirbel halten zu können. Die Verlustleistung wird in Form von Wärme an das Arbeitsmedium abgegeben, von dem es auf die Kupplungskonstruktion übertragen wird sowie an die üblicherweise vorgesehenen Kühlmittel. Wird die Kupplung einer Überlast ausgesetzt, so erhöht sich der Schlupf, die in der Kupplung erzeugte Wärmemenge steigt und, iat die Last praktisch zum Still stand gekommen, dann muß praktisch die gesamte durch den Antrieb erzeugte Leistung durch die Kupplung selbst verbraucht werden.

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Selbst bei Normalbetrieb einer Kupplung ist die Arbeitsflüssigkeit einer mechanischen Durchwirbelung zwischen den relativ zueinander sich bewegenden Schaufeln ausgesetzt und kann darüber hinaus auf relativ hohe Temperaturen sich erwärmen, wobei beide Zustände zu einer Gas- und/oder Dampferzeugung führen, was somit zu hohen Innendrücken in der Kupplung führt. Eine Explosion ist aufgrund dieser Innendrücke für solche Kupplungen nicht unbekannt. Bei bisher bekannten Kupplungen hat man anscheinend keinen Weg gefunden, den Kupplungsinnenraum zur umgebenden Atmosphäre hin zu entlüften; die üblichen Lösungen haben offensichtlich darin bestanden, die Kupplung ausreichend stark herzustellen, damit sie die bei liormalbetrieb auftretenden Drücke aufnehmen konnte, so daß die Kupplungen notwendigerweise schwer und teuer wurden. Die härtesten Arbeitsbedingungen, die bei einem längeren völligen Stillstand auftreten, werden gewöhnlich dadurch berücksichtigt, daß Druckminder- oder Sicherheitsventile vorgesehen werden, die bei einem bestimmten hohen Innendruck" öffnen und den gesamten Inhalt der Arbeitskammer an eine andere entlüftbare Kammer abgeben, oder indem man einen schmelzbaren Stopfen vorsieht, der schmilzt, wenn das Arbeitsmedium zu warm wird und so den Austritt aus der Arbeitskammer möglich macht.

Erfindungsgemäß wird nun eine solche Flüssigkeitskupplung vorgeschlagen, bei der der Innenraum der Arbeitskammer·;zur

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Umgebungsluft hin bei Betrieb der Kupplung entlüftet werden kann.

Auch soll die neue Kupplung mechanisch leichter als bisher bekannte Kupplungen ausführbar sein.

Die Erfindung geht daher aus von einer Flüssigkeitskupplung mit Pumpen- und Turbinenrad, bei der in der Arbeitskammer ein Ringvolumen gegeben ist, das weder von normalen noch abgeschwächten Wirbeln eingenommen wird und zeichnet sich aus durch vom Pumpenrad getragene Entlüftungseinrichtungen ' mit einer Entlüftungsbohrung, deren Einlaßöffnung bis in das Ringvolumen reicht und mit einer Auslaßöffnung, die außerhalb der Arbeitskammer liegt; sowie durch ein die Bohrung gegen den FlussigkeitBdurch.tritt schließendes Ventil, wenn das Pumpenrad stationär ist und das die Bohrung öffnet, wenn das Pumpenrad sich mit als einer bestimmten Geschwindigkeit dreht.

Vorzugsweise wird das Ventil durch einer Vorspannungskraft entgegenwirkende Zentrifugalkraft geöffnet.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen naher erläutert werden, in denen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform, teilweise in der Ansicht,

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teilweise im Schnitt zeigt, wobei der obere Teil der Figur einen die Drehachse der Kupplung enthaltenden Schnitt zeigt.

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Kupplung und zeigt die Anordnung eines Mitnehmers und der zugeordneten, hiermit zusammenwirkenden Plussigkeitsrichtvorrichtung.

Die Figuren 3 und 4 sind Querschnitte durch zwei verschiedene Arten einer Ventilkonstruktion, die bei der erfindungsgemäßen Kupplung einsetzbar ist.

Fig. 5 ist eine Teilansicht, ähnlich Fig. 1, eine andere Ausführungsform mit einem. Speicher einstellbaren Volumens und

Fig. 6 zeigt ein Diagramm, in dem der Betrieb einer erfindungsgemäßen Kupplung dargestellt ist.

Ähnliche Teile sind in sämtlichen Figuren der Zeichnungen mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

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Die dargestellte Kupplung bestellt aus einem !Pumpenrad 10, das auf einer Antriebswelle 11 sitzt, die sich mit einem Antrieb, z.B. einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor verbinden läßt; die Kupplung weist weiterhin ein auf einer Abtriebswelle 15 sitzendes Turbinenrad 12 auf, die sich mit der durch die Kupplung antreibbaren Vorrichtung verbinden läßt. Die unmittelbar benachbarten innen gelegenen Enden der beiden Wellen 11 und 13 sind gemeinsam in einem einzigen Kugellager 14 gelagert, wobei der Innenkäfig auf einem Spitzende auf einem Wellenende 11 sitzt, während der Außenkäfig in einer Bohrung in der Welle 13 untergebracht ist. Die beiden Kupplungselemente sind um eine gemeinsame Achse A-A drehbar. Innen bilden die beiden Elemente jeweils eine Pumpen- und eine !Eurbinenkammer; beide Kammern zusammen bilden die übliche toroid-förmige Arbeitskammer, die eine Arbeitsflüssigkeit, gewöhnlich ein öl, enthält. Jede Kammer ist mit den üblichen radial sich erstreckenden, Wirbel erzeugenden Schaufeln 15 und 16 versehen. Eine Tielzahl radial verlaufender, die Luft bewegender Schaufeln 17 sind auf der Außenwand des Pumpenrades oder -elementes 10 zwischen der Außenwand und einer Ummantelung 18 befestigt; während der Drehung des Pumpenelementes wird Kühlluft durch die Zentrifugalwirkung der Schaufeln über die Außenfläche des Pumpenelementes in Sichtung

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der Pfeile 19 bewegt. Eine Puiapenradverlangerung umgibt das !turbinenrad in bekannter Weise und hält so die Arbeitsflüssigkeit in der Kupplung. Eine Dichtung 21 schafft eine drehbare, flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen^dem axial sich erstreckenden radial inneren Ende 22 der Verlängerung 20 und dem benachbarten Teil der Welle 13. Die Verlängerung 20 ist mit einer toroid-förmigen Vergrößerung 23 ausgestattet und nimmt ein vom SCurbinenrad getragenes Speicherelement -24 auf.

Der Querschnitt der toroid-förmigen Arbeitskammer in einer die gemeinsame Drehachse der beiden Elemente enthaltenden Ebene ist eine Ellipse, deren größere Achse im wesentlichen senkrecht zur Achse A-A verläuft, wobei die kleinere Achse praktisch parallel hierzu liegt. Die Innenwand der Kammer ist daher ebenfalls von elliptischer Form in dieser Ebene.

Es soll nun insbesondere auf Fig. 1 Bezug genommen werden· Es ist ein dem Turbinenelement zugeordneter Flussigkeitsspeicher 25 vorgesehen, der im Querschnitt ringförmig ist und zwischen der Außenwand des Elementes und dem Speicherelement 24 ausgebildet ist} letzteres ist praktisch schalen— oder tassenförmig ausgebildet und umgibt die Turbinenwelle 13· Bei der dargestellten

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Ausf uhrungsform handelt es sich, "bei diesem Element um ein einfaches Stanzteil aus dünnem Metallblech, dessen radial außen liegendes Ende 26 derart geformt ist, daß zwischen ihm und dem "benachbarten Turbinenelement ein Dichtungs-O-Ring 27 umfaßt- wird, während sein radial innen liegender Teil 28 so umgefa.lzt ist, daß er sich axial zur Welle 13 erstreckt und somit den Flüssigkeitsspeicher 25 radial anordnet. Das Speicherelement 24 ist axial durch seinen Eingriff zwischen Turbinenelementwand und einem Schnappring 29 auf der V/elle 13 angeordnet, wobei die.Gestalt des Speicherelementes' 24- und die Anordnung des Schnappringes so gewählt ist, daß ersteres in Axialrichtung gedehnt werden muß, damit der Schnappring auf die Welle faßt; hiernach v/erden Ring und Element in enger Berührung miteinander aufgrund des Federungsvermögens des Materials des Elementes gehalten. Das Element 24 ist somit nicht am Element 12 befestigt; es ist in der Tat auch keinerlei solche Befestigung erforderlich.

Das Turbinenrad oder -element ist an einem radial sich erstreckenden Teil seiner Wand mit einer Vielzahl von Mitnehmern 30 versehen, die bis in die Arbeitskammer reichen, so daß die Flüssigkeitsströmung längs der Innenwand des Elementes unterbunden wird,

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wobei jeder Mitnehmer diese Flüssigkeit durch eine zugeordnete Bohrung 31 in der ¥and des Elementes in das Innere des Flüssigkeitsspeichers 25 liefert. Die Auswahl der Anordnung solcher Mitnehmer in der Wand des Turbinenelementes/wird weiter unten genauer erläutert werden.

Jeder Mitnehmer ist zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schaufeln 16 angeordnet; bei einer typischen ausführungsform kann eine Kupplung mit 50 solcher Schaufeln in jedem Element 5 im gleichen Abstand von einander um die Wand des Turbinenelementes angeordnete Mitnehmer aufweisen. Jedem Mitnehmer ist eine die Flüssigkeit richtende Einrichtung zugeordnet, welche am Eintritt in das Turbinenelement für die Flüssigkeit vom Pumpenelement vorgesehen ist. Bei der besonderen dargestellten Ausführungsform besteht jede die Flüssigkeit richtende Einrichtung aus einem durch eine Eicht- oder Umleitungsplatte 32 gebildeten Kanal, der sie zwischen dem zugeordneten unmittelbar benachbarten Paar der Schaufeln erstreckt und darüber hinaus praktisch den gleichen Verlauf wie der benachbarte radial äußerste Teil der Wand des Turbineneleraentes besitzt. Der durch die Platte gebildete Kanal erstreckt sich so weit in Richtung auf den zugeordneten Mitnehmer, daß unter Stillstandsbedingurigen der

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Kanal die eintretende !Flüssigkeit in eine Strömung umformen kann, die zwangsweise gegen die Wand des Innenelementes und auf den I-iitnehaier zugerieiltet ist, während er nicht so weit reicht, daß eine Behinderung der Wirbelzirieula/fcion unter normalen Betriebsbeäiigingen eintritt.

Bei dieser Ausführungsform erstreckt sich die Platte 32 über die volle axiale Tiefe der Turbinenkaamer und radial nach innen nur um das entsprechende Stüc.c, das wegen der gleichen Erstreckung wie das benachbarte Teil der Turbinenwand notwendig ist. Bei anderen Ausführungsformen können sich die Platten radial nach innen etwas weiter als dargestellt, erstrecken, Kanäle mit einem Ausmaß der Erstreckung wie dargestellt, haben sich in der Saxis für den beabsichtigten Zweck jedoch als sehr wirksam herausgestellt.

Bei anderen Ausführungsformen sind darüber hinaus zusätzliche Platten 32 zwischen jedem benachbarten Schaufelpaar vorgesehen, um die Flüssigkeitsströmung sämtlicher abgeschwächter Vfirbel zu verbessern und nicht nur die, die auf einen der Mitnehmer 30 auf- · trifft. Solche zusätzlichen Platten 32 sind in Pig. 2 " gestrichelt eingezeichnet.

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Im Betrieb der Kupplung, wenn beide Elemente sich, in Ruhestellung "befinden, läuft die Arbeitsflüssigkeit aufgrund der Schwerkraft in den untersten Teil der Arbeitskammer. Während der Drehung des Pumpenelecientes oder -rades'wird die flüssigkeit um die Kammern verteilt und die Wirbel, die die Leistung zwischen den beiden Elementen übertragen, stellen sich schnell ein, so daß ein Antriebsdrehmoment auf das !Durbinenelement gegeben wird, wodurch die Turbine sich dreht und der Speicher unter der Wirkung der Zentrifugalkraft durch die Bohrungen 31 entleert wird. Unter normalen Arbeitsbedingungen (d.h. normale Arbeitsgeschwindigkeit, normale Belastung und etwa 2-3/0 Schlupf) stellen sich diese Wirbel im radial äußersten Teil der Arbeitskammer ein und besitzen praktisch kreisförmigen Querschnitt in einer die AohseA-A enthaltenden Ebene, wobei eine "Begrenzung, wie durch die gestrichelte Linie 33 in Fig.. 1 eingezeichnet, gegeben ist. Die diese Wirbel bildende. Flüssigkeit fließt praktisch in Richtung der Pfeile 34. Diese Wirbel kommen nicht mit den Mitnehmern 30 in Berührung, so daß bei diesem Zustand keinerlei Übertragung von Arbeitsflüssigkeit auf den Speicher stattfindet.

Wird das lEurbinenelement nun angehalten oder

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überlastet, so stellt sich, eine erhebliche Zunahme im Schlupf zwischen den Elementen ein, die Wirbel beginnen sich radial nach innen längs der Achse A-A zu verlängern und bei einer kritischen Größe des Schlupfes, abhängig voii" der besonderen Auslegung der Kupplung, wie weiter unten im einzelnen beschrieben, werden sie völlig aufgebrochen und die Flüssigkeit fließt über die Innenwand der Arbeitskammer. Haben sich die Wirbel genügend gelenkt, um durch die Mitnehmer 30 aufgehalten zu werden, so beginnen letztere damit, die Flüssigkeit zum Speicher zu überführen, wobei diese Überführung allmählich stärker wird, bis sie ein Maximim erreicht und der Speicher sich schnell mit Flüssigkeit füllt. An diesem Punkt ist das Surbinenelement stationär bzw. bewegt sich so langsam, daß nur eine ungenügende zentrifugale Entleerungskraft zur Verhinderung dieses Füllvorganges auftritt.

Flüssigkeitswirbel stellen sich noch durch die über die Kupplungsinnenwände fließende Flüssigkeit ein, das verfügbare Flüssigkeitsvolumen zuderen Bildung wird jedoch das Volumen vermindert, das in den Speicher eingetreten ist; ihre radiale länge wird erheblich vergrößert, so daß sie die hier besprochene "abgeschwächte" Form annehmen und einen praktisch hohlen elliptischen Querschnitt in dieser Ebene

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aufweisen, wie durch, die ausgezogene Linie 35 in 3?ig. 1 angedeutet, wobei die Flüssigkeit, wie durch die Pfeilejö gezeigt, fließt. Durch geeignete Wahl der Abmessungen der Arbeitskammer bezüglich des Volumens des Speichers und des Volumens an verwendeter Arbeitsflüssigkeit können die abgeschwächten Wirbel so angeordnet werden, daß sie lediglich das normale maximale Ausgangsdrehmoment der Antriebsmaschine übertragen, für das die Kupplung ausgelegt ist, so. daß der Antrieb weiter bei optimaler Geschwindigkeit laufen kann, bei der er dieses normale maximale Drehmoment erzeugt.

Wild der die Überlast oder den Stillstand infolge Überlast hervorrufende Zustand nachträglich korrigiert, so beginnt das Turbinenelernent von neuem sich zu drehen und ruft eine Strömung des Arbeitsmediums unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft zurück in den Arbeitskreis hervor sowie eine rasche Wiedereinstellung der normalen 3?lüssigkeitswirbel. Einen ähnlichen Effekt erhält man. dann, wenn die Antriebsmaschine unter einer erheblichen Überlast anläuft; die erste Auswirkung einer Drehung des Pumpenelementes besteht also darin, die Flüssigkeit über die Elementinnenflächen fließen zu lassen, wobei sich der Speicher entsprechend schnell füllt

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und die abgeschwächten Wirbel sich einstellen, wenn das Turbinenelement sich nicht oder "bei hohem Sehlupf zwischen den Elementen dreht. Die abgeschwächten Wirbel verbleiben so lange wie die lurbinenelementgeschwindigkeit inf genügender Weise zur Einstellung der normalen Wirbel zunimmt.

Das Pumpenelement ist ebenfalls mit einer die Flüssigkeit richtenden oder leitenden Einrichtung versehen, die an dessen radial innen gelegenem Einlaßteil vorgesehen ist und durch Richtplatten 37 gebildete Kanäle aufweist, wobei jede Platte sich zwischen einem zugeordneten unmittelbar benachbarten ßchBUfaipaar erstreckt. Vorzugsweise sind sämtliche Säume zwischen den Schaufeln mit solchen Platten versehen, die sioh praktisch genauso weit wie der benachbarte radial am weitesten innen gelegene !eil der Wand des Pumpenelementes erstreckt. Bei dieser Ausführungsform erstecken sich die Platten über die gesamte axiale Länge der Pumpenkammer und verlaufen radial nach innen nur um das entsprechende Stück, das durch die gleich große Erstreckung wie die Innenwand erforderlich ist. Platten dieser Form haben sieh in Praxis für den beabsichtigten Zweck als besonders wirksam erwiesen. Die durch die Platten 37 gebildeten Kanäle erst ecken sich genügend weit in das Pumpenelement

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hinein, so daß, unter den genannten Stillstandsbedingungen sie die eintretende, die abgeschwächten Wirbel "bildende Flüssigkeit in entsprechende Ströme formen, die zwangsweise längs und praktischparallel zur Innenwand de^s Pumpenelementes geleitet werden. Anordnung und Erstreekung der Platten 27 ist so gewählt» daß unter den normalen Arbeitsbedingungen diese frei von den normalen Wirbeln sind und damit nicht arbeiten.

Auslegung und Anordnung der Mitnehmer 30 und den Einrichtungen 32 und 37 zum Richten der Flüssigkeit stehen mit einander in Beziehung, da sie zur Erzielung eines glatten und wirksamen Flüssigkeitattbergangs vom Arbeitskreis zum Speicher zusammenwirken. Unter Stillstands- oder Überlastbedingungen ist die jeden abgeschwächten Wirbel bildende Flüssigkeitsschicht so flach, insbesondere am radial äußersten Teil der Kupplung, daß in Abwesenheit der entsprechenden Leiteinrichtungen die Flüssigkeitsschichten leicht längs der Schaufeloberflächen radial nach innen abgelenkt werden anstatt der Kontur der jeweiligen Kammer zu folgen. Das Anbringen der Richtvorrichtung 52 am Antritt zum lurbinenelement stellt sicher, daß bei Stillstand die Flüssigkeit nicht so abgelenkt wird, sondern zu den Mitnehmern

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praktisch parallel zur Turbinenelementinnenwand gerichtet wird und eher noch in Form eines zusammenhängenden Stromes, der wirksam hierbei zum Speicher hin übertragen werden kann.

Die Anordnung der Mitnehmer auf dem radial sich erstreckenden Teil des TurMnenelementes bestimmt weitgehend den flachen Teil der Kurve, bei dem die Drehmomentencharakteristik (in Prozent) über dem Schlupf (in Prozent) aufgetragen ist. Sind sie sehr nahe an den normalen V/irbeln angeordnet, so beginnen sie praktisch unmittelbar nach einer Steigerung im Schlupf v/irksam zu werden, während sie nicht wirksam sind bis die abgeschwächten Wirbel sich voll eingestellt haben, falls sie an oder nahe dem radial am weitesten innen gelegenen Teil der Kupplung angeordnet sind. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Mitnehmer ausreichend nahe angeordnet, um bei Vorhandensein von etwa 12 ^i Schlupf wirksam zu v/erden, entsprechend einer Drehmomentübertragungsfähigkeit von etwa dem 2,8fachen Arbeitsmomentvernögens, für das die Kupplung ausgelegt ist. Kaη findet, daß die Form der Mitnehmer 30 so gewählt sein kann, daß sie einen bestimmenden Sinfluß auf diese charakteristische Kurve ausübt; so können die öffnungen 31 in ihrer Lage festgelegt werden und die Kurve wie gewünscht

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geändert werden, indem die radiale länge der Mitnehmer verändert wird. Bei solch einer Konstruktion führen lange Mitnehmer zu einer relativ schnellen Abnahme der Drehmomentübertragung mit dem Schlupf, während kurze Mitnehmer zu einer, weniger schnellen Abnahme führen.

Das Diagramm nach Pig. 6 zeigt die charakteristische Kurve, die man durch eine geeignete Auslegung der Kupplung erhalten kann. Im Punkte A, entsprechend 3 ϊ° Schlupf unter normalen Bedingungen, kann die Kupplung 100 ^v/o des gewünschten Drehmomentes übertragen. Am Punkte B, entsprechend etwa 10 fo Schlupf, erhält man die maximale Drehmomentübertragungsfähigkeit von etwa 315 i°\ hiernach füllt sich der Speicher bis zum Punkt C, in dieser Ausfuhrungsform entsprechen etwa 30 ^lß> kJGhlupf und ein DrehmomentubertragungGvermo^en von etwa 200 ^c/a wird erreicht. Das Drehmomentubertra^ungsvermögen hat auf seinen neuen Wert hin abgenommen und bleibt bei diesem neuen Wert praktisch konstant. Wie ex^sichtlich, kann die Größe des Speichers so gewählt werden, daß dies zu einem Drehmomentübertragungsvermögen bei Stillstand oder Start führt, mit dem der Überlastcharakteristik des Elektromotors oder der Verbrennungskraftmaschine, die die Kraftwellen darstellen, entsprochen wird. Die Fähigkeit der Kupplung, das Drehluomentvermögen mit Steigerung des Schlupfes in den

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niedrigen Sciilupfbereichen zu steigern ist von erheblichem Vorteil; d.h. wenn die Überlast sich aufzubauen beginnt, steigt der Schlupf und, wie in der Darstellung zu sehen, wird das Drehmomentübertragungavermögen erheblich größer, wodurch die Überlastfähigkeit des Motors ausgenutzt werden kann und die Kupplung so mit der Überlast "kämpfen" und diese überwinden kann, anstatt, wie dies bisher der Fall war, die Abtriebswelle erheblich abbremsen und möglicherweise zum Stillstand kommen zu lassen.

Bei der dargestellten Ausführungsform steigt der Abstand zwischen jeder Platte 52 und der Turbineneleraent-innenwand progressiv radial nach innen an, wodurch die Konvergenz zwischen den zugeordneten Radialschaufeln kompensiert und der Durchlaß mit einer praktisch konstanten Querschnittsfläche gewährleistet ist. In anderen Ausführungsformen jedoch kann die Querschnittsfläche steigen und/oder in dieser Richtung abnehmen, wodurch Richtvorrichtungen geschaffen werden, die wie gewünscht mit den Kitnehmern zusammenwirken. Der Kanal oder Durchlaß kann auch durch andere Mittel als die dargestellte Richtplatte gebildet werden, z.B. durch ein Rohr gewünschter Form, das innerhalb des Turbinenelementes befestigt wird, wobei Ein- und Auslaß sich an jeweils gewünschten Ort befinden.

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In ähnlicher Weise nimmt der Abstand zwischen jeder Platte 37 und der. Innenwand des Pumpeneleinentes allmählich radial nach außen ab, wodurch der entsprechende Durchlaß von praktisch Konstanter Querschnittsfläche aufrecht erhalten wird; in anderen Ausführungsformen kann jedoch diese Fläche steigen und/ oder abnehmen, um Hi ölvorrichtungen mit einer gewünschten Charakteristik zu liefern. Die Kicntvorrichtung kann auch anders als durch die bestimmte dargestellte Kichtplatte aufgebaut sein.

Indem die Richtvorrichtungen sowohl in den Turbinenwie in den Pumpenelementen vorgesehen werden, wird ein fester Medienstrom bei Start- oder Stillstandsbedingungen infolge Überlast geschaffen und so das sonst nicht kontrollierbare Verspritzen und Versprühen vermindert. Es ist daher möglich, die radiale Dicke des Stromes zu berechnen und den Abstand d so zu wählen, daß der Strom frei zwischen der Richtvorrichtung und der Turbineninnenfläehe durchgeht, er sollte jedoch nicht so groß sein, daß etwa weder ein Spritzen in erheblichem Maße auftritt.

Die Form der lüchtvorrichtungen in der Turbine ist derart, daß diese der V/irbelbahn des Ilediums unter einem Abstand b¹ vom Hittelpunkt M des V/irbels unter

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normalen Arbeitsbedingungen entspricht, so daß die Richtvorrichtung nicht die Strömung des normalen Wirbels stört. Da die Innenkontur der Pumpen- und Turbinenkammern bekannt ist, genauso wie die für bestimmte Betriebs"zustände und Kupplungsabmessungen erforderliche Menge des Arbeitsmediums, kann die Lage des Mittelpunktes M genau berechnet werden. Die länge der Richtvorrichtung, gemessen längs der Wirbelbahn des Mediums muß so gewählt sein, daß das in das stillstehende (oder sich sehr langsam drehende)Turbinenelement eintretende Medium nicht Spritzen oder längs der Schaufeloberfläche abgelenkt werden kann und damit die Bildung eines massiven Stromes verhindem würde. Der Abstand d von der Pumpeninnenfläche für die entsprechende Richtvorrichtung kann ebenfalls genau bestimmt werden, da die Dicke des Mediumstromes an diesem Punkt ebenfalls bekannt ist.

Wie oben beschrieben, besitzt die Arbeitskammer praktisch elliptischen Querschnitt in einer die Achse A-A enthaltenden Ebene, wobei die kleinere Achse praktisch parallel zu dieser Achse verläuft. Ein in Pig. 1 mit 38 bezeichnetes Kammerringvolumen, das gestrichelt dargestellt ist, wird nicht von den normalen oder abgeschwächten Wirbeln eingenommen; es ist daher möglich, Belüftungseinrichtungen

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vorzusehen, die vom Pumpenelernent getragen werden und das Innere der Kupplung zu der die Kupplung umgebenden Atmosphäre hin entlüften, in dem Vorsorge dafür getroffen ist, daß der Einlaß zu den Belüftungsvorrichtungen innerhalb dieses Ringvolumens 38 zu liegen kommt. Wie dargestellt besteht die Belüftungseinrichtung bei dieser Ausführungsform aus einem in der Wand des Pumpenelementes 10 angebrachten Belüftungsrohr 39, wobei ein unter Zentrifugalkraft sioh öffnendes Ventil 40 am äußeren Ende vorgesehen ist. Insbesondere nach den Fig. 3 und 4 weist das Rohr 39 eine Belüftungsbohrung 41 auf, deren Einlaß sioh zu dem Ringvolumen 38 hin öffnet, wobei der Auslaß 43 sich über das Ventil 40 zur umgebenden Atmosphäre hin öffnet.

Das Ventil 40 kann, wie in Mg. 3 gezeigt, ausgebildet sein und durch eine Kugel 44 gegen einen Sitz 45 durch eine Feder 46 geschlossen werden, während das Pumpenelement sich mit weniger als einer vorbestimmten Geschwindigkeit dreht, wobei der Zweck darin zu sehen, ist, daß ein Austritt von Arbeitsflüssigkeit aus der Kupplung über das Belüftungsrohr verhindert wird, wenn das Pumpenelement zur Rühre kommt, wobei der Rohreinlaß 42 unterhalb des Arbeitsflüssigkeitspiegels liegt. Während aas

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Pumpenelement sich zu drehen beginnt, wird im Bohr 39 vorhandenes Arbeitsmedium zur Kupplung infolge Zentrifugalkraft zurückbefördert, so daß hierin kein Medium mehr vorhanden ist, sobald die Pumpengeschwindigkeit zum Öffnen des Ventiles infolge Schwerkraft ausreicht, wobei die Schwerkraft die Kugel gegen die Vorspannung der Feder 46 drückt. Sobald das Ventil offen ist, wird das Innere der Kupplung belüftet, wodurch ein Austritt von Gasen und/oder Dämpfen unter Druck hierdurch möglich wird. Die Rotationsgeschwindigkeit des Pumpenelementes, bei der das Ventil öffnet und schließt ist nicht kritisch, muß jedoch geringer sein als die Geschwindigkeiten, die man erhält, wenn das l'urbinenelement unter den härtesten Betriebsbedingungen arbeiten muß, nämlich bei völligem Stillstand (infolge Überlast).

Legt man die Kupplung daher aus, so braucht die Möglichkeit hoher Innendrücke nicht berücksichtigt werden, so daß eine entsprechende Verminderung in der V/anddicke bereits einkalkuliert werden kann; oder es können schmelzbare Stopfen vorgesehen sein. Viele PlÜBsigkeitskupplungen verschiedenster Größe, bei denen die Pumpen-und lurbinenräder bisher gegossen oder bearbeitet werden mußten, damit die notwendige Festigkeit gegeben war, die die Möglichkeit eines

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Bruches oder einer Explosion infolge Innendruck verhinderte, können, daher unter Verwendung gestanzter oder gepreßter Elemente aus relativ dünnem Metallblech statt dessen hergestellt werden, wobei gleichzeitig eine erhebliche Verminderung im Gewicht und in den Herstellungskosten herbeigeführt wird. Die Verwendung dünner Metallgehäuse macht es darüber hinaus möglich, daß die Mitnehmer 30 dadurch schnell hergestellt werden können, daß sie direkt aus dem Metall dea Turbinenelementes geschlagen werden.

Pig. 4 zeigt eine andere Form des zentrifugalbetätigten Ventils, das vorzugsweise anstelle des in Pig. 3 gezeigten verwendet wird. Bei dieser anderen Ausführungeform ist die Kugel 44 zwischen dem Sitz 45 und einem Kolben 47 eingesetzt, dessen Kopf 43 in Berührung mit der Kugel durch die Feder 46 gedrückt wird. Die Längsaonsen des Kolbens und der Feder sind praktisch parallel zur gemeinsamen Drehachse der Kupplung angeordnet, wobei die Kugel sich radial nach außen senkrecht zur gemeinsamen Achse unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft bewegt, wobei sowohl die Kugel wie der Kolben 47 sich in Längsrichtung gegen die entgegenwirkende Vorspannungskraft von Kolben und Feder sich bewegen. Bei solch einer Anordnung kann die Auswirkung der Zentrifugalkraft auch die Feder

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beim Berechnen der Rotationsgeschwindigkeit vernachläßigt werden, die zum Öffnen des Ventils um das gewünschte Ausmaß erforderlich ist. Die Einstellung des Federdruckes erhält man durch Einstellung der Lage eines Anschlages 491 gegen den die Feder 46 anliegt. Der Kopf 48 und das Anschlagelement 49 sind mit Bohrungen 50 versehen, durch die Gas und/oder Dampf, die aus dem Kupplungsinnenraum über die Belüftungsvorrichtung und des Ventils 40 austreten, entweichen.

Bei der dargestellten Ausführungsform entleert das Belüftungsrohr 39 über das Ventil 40, welches direkt in die umgebende Atmosphäre austrägt. Bei der konstruierten und getesteten Kupplung hat sich eine solche Anordnung als sehr praktisch herausgestellt, da. keinerlei Arbeitsflüssigkeit aus der Kupplung längs dieses V/eges entv/eicht. In anderen Ausführungsformen kann man jedoch statt dessen den Kupplungsinnenraum in einer Abteilung oder Kammer der Kupplung entleeren, die ihrerseits permanent in dieser Weise in die Umgebung entlüftet wird.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Kupplung kann das Volumen des Speichers 24 so verändert werden, wie erforderlich ist, um die Drehmomentleistung der Kupplung bei Stillstand (infolge Überlast) einzustellen.

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Die Vorteile solch einer Anordnung sind für den Paöhmann klar, da das für den Speicher erforderliche Volumen genau entsprechend der Herstellung einstellbar ist und einen v/eiten Bereich der Überlastdrehinomentle istung zu überdecken, sowie einen weiten Bereich entsprechender Verhältnisse von Uormaldrehmoment leistung zu Überlastdrehmomentleistung.

Insbesondere umfaßt das den Speicher 25 bildende Gehäuse ein schalenform!ges Element 24 entsprechend dem in Pig. 1 gezeigten Speicherelement 24, das innerhalb eines röhrenförmigen axial sich erstreckenden Elementes 51» das an die Außenwand des Turbinenelementes befestigt ist, sich telescopartig verschiebt. Die Verbindung zwischen den beiden Elementen ist durch eine Ringwulst 52 eines geeigneten elastomeren Materials abgedichtet, das radial zwischen den beiden Elementen zusammengedrückt wird. In ähnlicher Weise ist der unmittelbar benachbarte !Teil der Pumpenradverlängerung 20 durch zwei telescopartig in einander geführte Teile 25 und 53 unterteilt, wobei die Verbindung durch einen Ringwulst 54 aus einem geeigneten elastomeren Material abgedichtet ist. Ein Bronzering 55 umgibt die Welle. 13 und zentriert das benachbarte Ende 22 des Teiles 53» wobei der Ring zwischen zv/ei Stahlringen 53 gehalten wird, die ihrerseits auf

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der Welle 13 durch Schnappringe 57 gehalten werden. Das Ende 28 des Elementes 24 liegt hierbei gegen den unmittelbar benachbarten Schnappring an. Die beiden Teile 23 und 53 sind starr relativ zu einander durch eine Vielzahl sfelbst arretierender, leckdichter Schrauben, z.B. 58, gehalten, die am Umfang umdie Seile 23 und 53 im Abstand von einander angeordnet sind und jeweils in Muttern 59 ζ»Β. durch Hartlöten an der Innenfläche des !Teiles 23 befestigt sind.

Das Volumen des Plüssigkeitsspeichers 25 ist durch die relativen Axialstellungen der Teile 53 und 24 festgelegt; die Stellung des letzteren wird durch die Anschlagringe 57 bestimmt. Die Lage der Teile

53 wird gleichzeitig mit der Einbringung des Teiles

54 eingestellt, so daß der Raum außerhalb des Speichers und zwischen dem Innenraum der Verlängerung 23 minimal gehalten wird» Arbeitet die Kupplung normal, so ist der Speicher leer; bei Überlast bzw. Stillstand, wenn der Speicher voll ist, verhält sich die Kupplung ebenfalls stationär bzw. fast so, so daß die Dichtung nur dem Gewicht der darin enthaltenen Flüssigkeit, das vernachläßigbar ist, ausgesetzt ist.

- Patentansprüche 909881/0782 . ^₂₆

Claims (2)

Pa tenta n Sprüche

1. Flüssigkeitskupplung mit Pumpen- und Turbinenrad mit gemeinsamer Achse, wobei zusammenwirkende Pumpen- und Turbinenkamnern geschaffen werden und die Kammern zusammen eine Arbeitskammer bilden, die in einer die gemeinsame Achse enthaltenden Ebene im allgemeinen elliptischen Querschnitt aufweist und bei der eine Innenwand in dieser Ebene im wesentlichen elliptische Gestalt besitzt, wobei die kleine Achse der Ellipse des Querschnittes und der Innenwand im wesentlichen parallel zur Hauptachse verläuft und die Exzentrizität des elliptischen Querschnittes und der elliptischen Gestalt so gewählt sind, daß unter Betriebsbedingungen, bei denen die Pumpen- und Turbinenräder zusammen umlaufen, bei normalem Schlupf hierzwischen, 3ich im radial äußeren Teil der Arbeitskammer normale Flüssigkeitswirbel im wesentlichen von kreisförmiger Gestalt im Querschnitt einstellen und unter IToerlast-oder Stillstandsbedingungen, v/o ein größerer als der normale Schlupf zwischen Pumpen- und Turbinenrad gegeben ist, sich gegen die "Innenwand abgeschwächte Flüssigkeitswirbel entsprechender Gestalt einstellen, dadurch g e L e η η ζ e i c h u e t,

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daß in der Arbeitskammer ein Ringvolunien (38) vorhanden ist, das weder von den normalen Wirbeln noch von den abgeschwächten »Zirbeln eingenommen wird und das von Pumpenrad getragene Belüftungseinrichtungen (39) i'iit einer Belüftungsbohrung (41) vorgesehen sind, deren Einlaß (42) sich zum Eingvolumen hin und deren Auslaß (4-3) sich zur Außenseite der Arbeitskarte *■? hin Öffnet.

2. Plüsci^lceits'cupplung nach Anspruch 1, gekenn zeichnet durch ein die Bohrung gegen den Durcr-tritt vcn Plüssigkeit schließendes Ventil (40), während daa Pumpenrad stationär ist und daß die Bohrung dann öffnet, v/enn das Pumpenrad, sich mit mehr alc einer bestimmten ilinimalgescirvindigkeit dreht.

5· Plüssi^eitiS-CUp-rlurig nach .insprucr: 2, dadurch g e > e r. ;■; ζ e i c r. η e t, dal das Ventil durch Zentrifugalkraft bei Drehung 4es Pucpenrades gegen die '..iriiu.'.j- ei--"er das Ventil schliebanden Vorspannungs-

£. Plüssigkeitskurpiung nach ü.Hspruch 1, dadurca g e kennzeichnet, da.; die Polüftungsvorrichtung ein üurch die ..anö. des lumpenrades vorstehendes vr.:\ :..ierv:n retrs^jer.es Leliliturx^srohr (32)

aur^ei=-. 909881/07 82 _BAD

5· Pliissigkeitslcupplung nach Anspruch 2 ader 3» dadurch gekennzeichnet» daß das Ventil am Auelaßende des Rohres angeordnet ist.

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