DE1750860C - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

Die Kiliiulung heirillt cine hydrodynamische Kupplung für den Antrieb in zwei oiler mehreren |)iehzahlslufeu mit ilen Austausch tier Arheilsfliissigkcit zwischen tlem Arbeitsraum und dem mit dem l'iiiupenriul umlaiirenden Vorralsraum stcuernclen imil durch Fliehkraft betätigten I -in- und Auslaßventilen, die am linde von in der Wandung ties I'umpciiradcs vorgesehenen und auf verschiedenen Katlieu liegenden Bohrungen im Vorrntsraum angeordnet sintl.

liekaniiic liyilroilynumisclie Kiippliiugen dieser (iailiing sind im allgemeinen für einen verhältnismäßig eng begrenzten Drehzahlbereieh ausgelegt, so daß sie i:n Dauerbetrieb nur in diesem Drehzahl-Ivreich wirtschaftlich arbeiten. Zwar sintl diese Kupplungen natürlich imstande, unter wechselnden lietiiebsbediiigungen vorübergehend auch in anderen Drch/ahlhcrcichcn n\ arbeilen, ohne ilaU deswegen Wesentliche Störungen im Betrichsahlauf eintreten. Das ist aber nur für kurze Zeit vertretbar, da der Wirkungsgrad der Kupplung in anderen Drehzahlhereichen als dem der Auslegung zugrunde gelegten Drehzahlhereich wesentlich ungünstiger ist und sich damit auch das \on der Kupplung übertragene Drehmoment verschlechtert.

liei Antriebsmotoren, die in verschiedenen Geschwiudigkeitsbereicheii arbeiten können, wie z. B. Ilrcmikral'tmolnrcn, ist man daher gezwungen, andere liiniichtungcn zur i/hcrtragung der erforderlichen Drehmomente zu verwenden. Zu di -,ein Zweck sind z. I!. mechanische Getriebe mi¹ verschiedenen Übertel/ungssiiifcn in Verbindung mit IU ningskupphmj!cn, hydrodynamische Monienteinvandler otler ähnliche l'.iurichtungcn üblich. Alle diese Kinriehlungeii j>ind jeiloch im Vergleich zu hydrodynamischen Kupplungen sowohl baulich aufwendiger und einher kostspieliger als auch anspruchsvoller hinsichtlich der netlienung und Wartung.

Der Frlmdung liegt die Aufgabe zugrunde, eine baulich verhältnismäßig einfache hydrodynamische kupp'tiihi /Ii schalfen, tlie in Verbindung mit einem in verschiedenen Gcsehwindigkeitshercichcn arbeitenden Antriebsmotor in der Lage ist, das geforderte bzw. vorgegebene Drehmoment in zwei oiler mehreren Dreh/ahlstiifen mit annähernd gleich günstigem Wirkungsgrad im Dauerbetrieb zu übertragen.

Zur Losung dieser Aufgabe kennzeichnet sich die ι rlindiiugsgcmäßc Kupplung dadurch, dall für jede Drch/ahlsiufc gesonderte Ventile voigeseheii sind. Auf diese Weise ist es möglich, die selbsttätige Fin-MelliiMu und Konstanthaltung derjenigen, für jede Dreh/alilsiufe unterschiedlichen Lliissigkciisincnge im Arbeitsraum zu bewirken, die für die (Jhcilragiing des in allen Dreh/ahlstufen im wesentlichen gleichen, vorgegebenen Drehmoments crfordeilich ist. Die als Sleueikolben, Steuerschieber oil. dgl. ausgebildeten Steuerorgane der Ventile besitzen zu diesem Zweck mindestens zwei auf den jeweiligen Drehzahlbc-rcicli abgestimmte Uegelslufcn, über die dem Arbeitsraum nur so viel Flüssigkeit zugeführt bzw. aus dem Arbeitsraum nur so viel Flüssigkeit abgefühit wird, wie es die Übertrugimg des vorgegebenen Drehmoments im Bereich der jeweils gewählten Drebzahlslufe gerade erfordert, wobei die derart gesteuerte Flüssigkcitsmcnge im Arbeitsraum während der Finhalliingsdauer dieser Drehzahlstufc konstant gehalten wi;d. Die Kegelstufen der Ventile sind dabei so gewiihl*. daU dem Arbeitsraum im Hereich der vorgegebenen niedrigsten Drehzahlslufe die größte Flüssigkeitsnieuge zugeleitet wird, während sich in den Bereichen höherer DrehzahlsUifen selbsttätig entsprechend geringere Flüssigkeitsmengeii durch Ablassen von Flüssigkeit aus dem Arbeitsraum in den Vorratsraum einstellen.

Auf diese Weise wird mithin erreicht, daß in jeder über den Antrieb eingeslellten Drehzahlstufc- Mich im Dauerbetrieb annähernd das gleich groüe, vorgegebene Drehmoment mit etwa gleich günstigem Wirkungsgrad übertragen wird.

Die Verwirklichung der Frfiiulung kann in der Weise i:rfolgen, dall die den jeweiligen Dreh/.ahlstuien zugeordneten Fin- und Auslallventile in I Jmfangsrichtimg des Pumpenrades zueinander versetzt angeordnet sind. Gemäß einer bevorzugten Ausfiihrimgsform sind jedoch die auf mehrere Dreh/ahlslLifen ansprechenden EUn- und/oder Auslaßventile zu Baugruppen zusammengefaßt, und zwar zweckmäßig in der Weise, daß je ein auf mehrere Drehzahlslufcn ansprechendes Hin- und Auslaßventil zu jeweils einer Baugruppe zusammengefaßt sind.

In diesem Falle besteht eine baulich besonders einfache Lösung darin, die jeweils in der gleichen Radialrichtung hinu^ircinanderliegenden tin- und Auslaßventile in einem gemeinsamen zylindrischen Ventilgehäuse anzuordnen, innerhalb welchem ein für beide Venlilgaltmigen gemeinsamer Stcuerkolben mit mehreren, den jeweiligen Dreh/ahlstufen zugeordneten kolbenförmigen Abschlußkörpern in an sich bekannter Weise gegen die Wirkung einer Schraubenfeder unter Fliehkraftcinfluß vcrschieblich ist.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Fs zeigt

Fig. 1 einen achsparallelen Längsschnitt durch die hydrodynamische Kupplung,

F i g. 2 bis 5 in vergrößertem Maßstab verschiedene .Stellungen je eines /u einer Baugruppe vereinigten Hin- und Auslaßventils und

Fi g. ο das l.eisttingsiliagramm eir.es der Kupplung als Antriebsmotor zugeordneten Dieselmotors.

In Fig. I ist das beschaufeltc Pumpenradi am Außcnumfang mit einem das gleichfalls beschaufelte Turbinenrad 2 umschließenden Gehäuse 3 1 '. bar verbunden. Die hennfuge hegt dabei annähernd in der libcne des Kupplung.spaltes. Das Turbinenrad 2 ist auf einer Welle 4 drehfest angeordnet. Pumpenrad und Gehäuse stützen sich gegenüber der Welle 4 über Wälzlager 5 ab. Mit dem Pumpenrad

ist ferner ein Vorratsraum 6 für die Arbcitslliissigkeit verbunden, der ai:i der dem Gehäuse 3 abgesendeten Seite des Pumpenrades angeordnet ist und mil diesem umläuft.

Für dc.'i Austausch der ArbeitsMüssigkeit zwischen dem Arbeitsraum 7 und dem Vorratsraum 6 sind in der Wandung lies I'umpeiirades 1 Bohrungen Kw und 9« vorgesehen, die auf verschiedenen Radien liegen und von denen jeweils mehrere über den Umfang verteilt angeordnet sind. Die achsfcrncrcn Bohrungen 8i/ dienen dem F.inlaß der aus dem Arbeitsraum austretenden Flüssigkeit in den Vorralsraum 6, während die achsnähereii Bohrungen 9« dem Auslaß dei Flüssigkeit aus dem Vorralsraum 6 in den Arbeitsraum 7 dienen.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, sind die der Fin- und Auslaß steuernden Ventile an den I-ndcr der Bohrungen 8α und 9t» im Vorratsraum 6 vor gesehen, wobei beide Ventilgattungen bei dem dar

|l'Ml'|||cii Ausführting:.beispic| in der gleichen Radial richtung hintLTciiiuiuf'-ryuschiiltui uiul durch Verwendung eines gemeinsamen zylindrischen Veiuilgchüuscs |l) /u einer Maugruppe vereinigt sirul. Aus den Fig. 2 bis 5 isi ersichtlich, ilaß innurhulh ilcs Vcntiljehiiuscs 10 ein für beide Ventilgallungen gemeinsamer Sicuci kolben 14 gegen die Wirkung einer fiehraiih.jndruckfcder 15 unter Füehkraflcinlluß \erschichlich geiülul ist, tier mehrere, ilen jeweiligen JJrehzahlstiifen zugeordnete kolhenföiniige Abfclilußkörper II, 12, 12' und 13 aufweist, vmi denen tier eine ciulseitige Abschlußkolben 11 in Verbindung init dem Zyliiulcrraum 8 und der Bohrung H« als Einlaßventil und die drei anderen, am gegeniibciliegenden linde mit Abstand zueinander angeordneten Ahschhißkolben 12, 12' und 13 in Verbindung liiii dem Zyliiulerraum ¹J und der Hnlirung ^{)u als Auslaßventil dienen. Auf diese Weise ist die als Ausfiihruiigsbeispiel gedachte Kupplung für zwei Drehzählstufen ausgelegt.

Die Wirkungsweise der vorbcsciirie'nenen Vcniilttnordnimg ist folgende:

Bei Stillstand des in der Zeichnung nicht verimschaulichten Antriebsmotor, z. ß. eines Dieselinotors, d. h. bei Stillstand der Kupplung, wird der Stt-ueikolben 14 in der in F i g. 2 veranschaulichten Weise durch die Schraubendriickfeder 15 in der iichsnahen radstellung gehalten. Die leder 15 siiit/t sich dabei einerseits gegen einen Vorsprung 17 innerhalb ties Ventilgehäuses IO und andererseits gegen den Abichlußkolbci 12 ab. In dieser Kndslellung sind mithin sowohl tlas Einlaßventil als auch das Auslaßventil geölluet.

Läuft der Antriebsmotor an und erreicht d;»bei <\·: linteie vorgegebene Drehzahlslufi: von z. H. 1200 1! min, so verschiebt sich, der Steue;kolben 14 unter der Wirkung der Fliehkraft gegen die Vorspannung der Feder 15 '"i die in F i g. 3 veranschaulichte StLllung. In dieser Lage ist das Einlaßventil geöffnet, wodurch gewährleistet wird, daß der Arbeitsraum der Kupplung durch Überfließen der Flüssigkeit aus dem Vorratsraum 6 vollständig gefüllt wird Das Auslaßventil ist in dieser Stellung gleichzeitig durch den Abschlußkolbcn 12 geschlossen.

In dieser Stellung würde eine kuiz/eilige Überlastung der Abl.iebsseite der Kupplung und der damit verbundene größere Schlupf noch zu keiner Entleerung oder Teilentleerung des .Arbeitsraumes führen, Ersi eine längen- Überlastung hätte eine Verminderung der Drehzahl des Antriebsmotors zur Folge und damit eine Verringerung der auf den Sleiierkolbcn einwirkenden Fliehkräfte. In diesem 1"¹YiIIe würde sich folglich der Steuerkolbcn unter der Kraft der Feder 15 in Richtung auf die untere Iincl-Mellung zu bewegen, wobei der Abschlußkolben 12 das Auslaßventil ölTnet. Dabei kann sich der Arbeitsraum in dem Maße entleeren, daß die nunmehr erreichte größere Elastizität der Kupplung zur Erholung des Antriebsmotors ausreicht. Bei Eintritt normaler Verhältnisse kehrt dann der Stcucrkolben 14 wieder in die in Fig. 3 veranschaulichte Stellung zurück.

Wird es notwendig, den Antriebsmotor auf die nächsthöhere Drehzahlstufe von z. B. etwa 18()0L)/niin einzuregeln, so nimmt der Steuerkolben die in Fig. 4 veranschaulichte Stellung ein. tn dieser Stelhme ist das Einlaßventil durch den Abschlußkolhen Il verschlossen und das Auslaßventil geöll'nei. Its wird folglich eine weitere Nii'.'liliillung des Arheiisraumes verhindert, während die llüv.igkcit andererseits die Möglichkeit hai, durch das Auslaßventil in den Vorratsraum zurückzufließen. Voraussetzung hierfür ist natürlich der Eintritt eines ausreichend großen Schlupfes zwischen Püinpui- und Ί tu bin!·,π ad, da aiii die Flüssigkeil mhisI keine Kräne wiiklen, die sie aus dem Arbeitsraum heraus

ίο in den Vorratsraiiin abdrängen können

Die in der höheren Diehzahlsiiil'e von ISOO ii min benötigle geringere Flüssigkeilsinenge im A:beilsrauin, die notwendig ist, um das gleiche vorgegebene Drehmoment zu übertrauen, wird beim llochlahien

is des Anliiclismotors von 1200 auf IS(IO U/min durch die Absclihißknlben 12 und 12' in Verbindung mit dem zwischen ihnen liegenden Ringraiim 16 bewirkt. Dieser Rinyiaiun öffnet beim Hochfahren über einen bestimmten Drehzahlbe. rich und somit für einen fesilegharen Zeitiauiin das Auslaß\entil, so daß die Flüssigkeit durch den beim Hochfahren selbsttätig eintretenden höheren Schlupf in der gewünschten Menge'aus dein Arbeitsraum in den Vorratsnnim ausfielen kann.

^5 Tritt in dieser höheren Drehzahlsiufe von etwa ISOO U min eine Überlastung auf der Abtriebsseite di. r Kupplung ein, die zur Vergrößerung des Schlupfes führt und damit eine entsprechende Entleerung des ArbeitsrauniLS von der ! lüssiukeit durch das Auslaß-

jo ventil nach sich zieht, so wild ein völliger Zusammenbruch des Drehmoments dadurch verhindert, daß tier Antriebsmotor durch die geringere Füllung ties Arbeiisraumes eine Entlastung erfährt und seine Drehzahl dadurch z. B. auf I¹JOO U,min steigert. Mit dieser Drehzahlsteigerimg des Antriebsmotor ist auch eine erhöhte Fliehkraft auf !en Steuerkolben verbunden, so daß tlieser etwa die in Fig. 5 veranschaulichte Stellung einnimmt, in weither das Einlaßventil geöffnet und das Auslaßventil durch den Abschhißkolben 13 geschlossen ist. Der Arbeitsraum füllt sieh folglich wieder auf, 'ler Antriebsmotor senkt seine Drehzahl auf e!\va 1800 U/min, und der Steiierkolben pendelt sich erneut in die in I i g. 4 veranschaulichte Stellung ein.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich besonders deutlich an Hand des in F i g. f> wiedergegebenen Drehmomenl-DrehzLihl-Diagramms eines Dieselmotors veranschaulich i. Die Leistung des Dieselmotors ändert sich in bestimmten Grenzen gleichst» mäßig mit der Drehzahl, und zwar entsprechend der in Fig. d eingetragenen charakteristischen I cistungskurve. Si.11 die durch das Turbinenrad angetriebene Arbeitsmaschine mit größerer Drehzahl, etwa entsprechend I'unktC des Diagramms betrieben werden, so kann tier Motor ohne weiteres auf diese höhere Drehzahl eingestellt werden. Die Kopplung soll dann bei dieser Drehzahl das vorgegebene Drehmoment ohne wesentliche Leistungscinbußcn bzw. Wirkungsgradverlustc übertragen.

Etwa das gleiche Drehmoment kann aber der Dieselmotor aurh bei wesentlich niedrigerer Drehzahl, etwa entsprechend dem Punkt A, übertragen. Würde daher für den Antrieb der Arbeitsmaschine die dem Punkt A entsprechende Drehzahl von 1200 U/min benötigt,, so hätte eine hydrodynamische Kupplung bekannter Bauart bei dieser niedrigen Drehzahl — sofern sie auf die zuvor erwähnte höhere Drehzahl ausgelegt ist — kein ausreichendes Über-

Iragungsvcrmögcn, da die Lcistungsvcrluste hierbei erheblich sind. Außerdem träte wegen des zu hohen Schlupfes eine übermäßig starke Erwärmung ein. Die crfincluiigsgernüß ausgebildete Kupplung, die im Bereich der niedrigen Drehzahlen durch die Ventile auf volle l^;iilliing des Arbeitsraumes eingeregelt wird, kann demgegenüber das volle vorgegebene Drehmoment mit gleich günstigem Wirkungsgrad sowohl in diesem unteren Drchzahlbercich als auch im höheren Drehzahlbcrcicli bei entsprechend niedriger eingeregeltem Hillungsgrad übertragen.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Kupplung mit gleichem Erfolg auch mit anderen geschwindigkeitsregelbaren Antriebsmotoren zusammenarbeiten, z. B. mit einem polumschaltbaren IZlcktromotor mit zwei oder mehreren Geschwindigkeitsbzw. Drehzahlstufen.

Claims (5)

Patentansprüche: 20

1. Hydrodynamische Kupplung für den Antrieb in zwei oder mehreren Drehzahlstufcn mit den Austausch der Arbeitsfliissigkcit zwischen dem Arbeitsraum und dem mit dem Pumpenrad umlaufenden Vorralsraum steuernden und durch Fliehkraft betätigten Ein- und Auslaßventilen, die am linde von in der Wandung des Pumpenrades vorgesehenen und auf verschiedenen Radien liegenden Bohrungen im Vorratsraum angeordne sind, dadurch gekennzeichnet, daß füi jede Drchzahlslufe gesonderte Ventile (8«, 11 9(7,12,12', 1.1) vorgesehen sind.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gc kennzeichnet, daß die den jeweiligen Drehzahlstufen zugeordneten Ein- und Auslaßventile ir Umfangsrichtung zueinander versetzt angeordne sind.

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf mehrere Drchzahlstufen ansprechenden Ein- und,oder Auslaßventile zu Baugruppen zusammengefaß*. sind.

4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß je ein auf mehrere Drehzahlstufen ansprechendes Ein- und Auslaßventil zi jeweils einer Baugruppe zusammengefaßt sind.

5. Kupplung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die in der gleichen Radialrichtung hintcrcinanderliegcnden Ein- und Auslaßventile ein gemeinsames zylindrisches Ventilgehäuse (10) aufweisen, innerhalb welchem ein für beide Ventilgattungcn gemeinsamer Steucrkolbcn mit mehreren, den jeweiligen Drchzahlstuieri zugeordneten kolbenförmigen Abschlußkörpern (11, 12, 12', 13) gegen die Wirkung einei Schraubenfeder (15) unter Flichkrafteinfluß vcrschicblich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen