DE1812546A1

DE1812546A1 - Flow coupling with partial filling

Info

Publication number: DE1812546A1
Application number: DE19681812546
Authority: DE
Inventors: Siegfried Mlacker
Original assignee: Voith Getriebe KG
Current assignee: Voith Getriebe KG
Priority date: 1968-12-04
Filing date: 1968-12-04
Publication date: 1970-06-18

Description

Kennwort: Schöpfraumanordnung Strömungskupplung mit Teilfüllung Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Strömungskupplung mit Teilfüllung mit einem torusförmigen'aus den Schaufelkränzen von Primär- und Sekundärrad gebildeten Arbeitsraum und einer mit dem Arbeitsraum ungehindert in Verbindung stehenden, mit einem der Kupplungsteile umlaufenden Ringkammer mit niveaubestimmenden Mitteln (Schöpfrohr, beweglich oder unbeweglich, Überlaufrohr, Wehrscheibe, Überlaufbohrung) in der Ringkammer und mit Mitteln, die während des Betriebes der Kupplung für einen ständigen Flüssigkeitsdurchsatz durch den Arbeitsraum sorgen.Keyword: Pump chamber arrangement Fluid coupling with partial filling Die The invention relates to a hydrodynamic fluid coupling with partial filling with a torus-shaped working space formed from the blade rings of the primary and secondary wheels and one that is freely connected to the work space, with one of the Coupling parts surrounding annular chamber with level-determining means (scoop pipe, movable or immobile, overflow pipe, weir disc, overflow hole) in the annular chamber and with means which during the operation of the coupling for a constant flow of liquid through the work area.

Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln die Strömungskupplung derart zu beeinflussen, daß bei unveränderter Stellung bzw. Lage der niveaubestimmenden Mittel, also bei feststehendem Schöpfrohr oder Überlaufrohr oder z.B. bei einem durch einen Regler verstellbaren Sehöpfrohr bei untätig bleibendem Stellgrößeneingriff des Reglers das übertragbare Drehmoment durch zunehmenden Kupplungsschlupf, d.h. durch zunehmende Belastung des Abtriebes mit ansteigt. The object of the invention is to provide the fluid coupling with simple means to influence in such a way that with unchanged position or location of the level-determining Medium, i.e. with a fixed scoop pipe or overflow pipe or e.g. with one by means of a regulator adjustable tube when the manipulated variable remains inactive of the governor the transmittable torque due to increasing clutch slip, i.e. increases due to the increasing load on the output.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ringkammer - wie an sich bekannt - auf der Rückseite des Primärrades durch mit diesem Rad umlaufende Wände allseits begrenzt angeordnet ist, daß die Rückwand des Pumpenrades an mehreren auf einem möglichst großen Durchmesser liegenden Stellen Durchbrüche für einen ungehinderten Flüssiglceitszutritt aus dem meridional kreisende Flüssigkeitsring der Arbeitsströtung in die Ringkammer aufweist und daß Mittel (Rippen o. dgl.) in der Ringkammer vorgesehen sind, die ein Verzögern der Umfangsgeschwindigkeit des FlUssigkeitsringes unter die der Ringkammer weitgehend verhindern. This object is achieved in that the annular chamber - as in itself known - on the back of the primary wheel through walls surrounding this wheel Is arranged limited on all sides that the rear wall of the impeller on several as large a diameter as possible places breakthroughs for an unimpeded Liquid access from the meridional circular liquid ring of the working redness having in the annular chamber and that means (ribs or the like) in the Annular chambers are provided, which delay the peripheral speed of the liquid ring largely prevent under which the annular chamber.

Entscheidend hierbei ist die Anordnung der Ringkammer auf der Pumpenradrückseite sowie der ungehinderte Zulauf der Arbeitsflüssigkeit vom Arbeitsraum in die Ringkammer durch die Pumpenradrückwand hindurch. The decisive factor here is the arrangement of the annular chamber on the rear of the pump wheel as well as the unimpeded inflow of the working fluid from the working space into the annular chamber through the rear wall of the impeller.

Die Erfindung geht von der zu beobachtenden Tatsache aus, daß sich im Innern des Arbeitsraumes einer nur teilweise gefüllten Strömungskupplung zwischen Pumpen- und Turbinenrad ein Flüssigkeitsring mit einer sehr glatten, nach einer Kegelfläche mit zum Turbinenrad zeigenden, gedachten Kegelspitze ausgebildeten Spiegelfläche einstellt. Es wurde weiter beobachtet, daß diese Kegelfl&che desto steiler verläuft, Je größer der Schlupf zwischen Primär- und Sekundärseite der Kupplung ist. Diese Beobachtungen macht sich die Erfindung zunutze und führt sie einer Anwendung zur Kennlinienbeeinflussung zu, indem sie eine Anordnung angibt, die es ermöglicht, daß sich dieser kegelflächenförmige Verlauf der Flüssigkeitsringoberfläche aus dem Arbeitsraum bis in die Ringkammer hin ausdehnt. Durch die niveaubestimmende Öffnung z.B. eines beweglichen Schöpfrohres wird zwar die Höhe des Niveaus dieses Flüssigkeitsringes bestimmt, Jedoch nur an der axialen Stelle der Schöpfrohrmündung. Bei gleicher Schöpfrohrstellung sind alle steileren und flacheren Kegelflächen des Flüssigkeitsringes möglich, die die Schöpföffnung tangieren. The invention is based on the fact to be observed that inside the working space of an only partially filled fluid coupling between Pump and turbine wheel have a liquid ring with a very smooth, after a Conical surface with an imaginary conical tip that points towards the turbine wheel adjusts. It was further observed that this conical surface runs the steeper The greater the slip between the primary and secondary side of the clutch. These The invention makes use of observations and leads them to an application Influencing the characteristic curve by specifying an arrangement that enables that this conical shape of the liquid ring surface from the Working space expands into the annular chamber. Through the opening that determines the level E.g. of a movable scoop tube, the height of the level of this liquid ring will be determined, but only at the axial point of the scoop mouth. With the same scoop tube position all steeper and flatter conical surfaces of the liquid ring are possible, the touch the scoop opening.

Hierdurch ist eine Füllungsänderung des Arbeitsraumes bei stillstehendem Schöpfrohr möglich. Diese Füllungsänderung kommt dadurch zustande, daß der Kegel der Flüssigkeitsringoberfläche Je nach Schlupf, d.h. Je nach übertragenem Drehmoment zwar an der größten Stelle immer den gleichen Durchmesser hat, aber verschieden steil oder flach verläuft. Bei konstanter Schöpfrohrstellung kommt mit zunehmendem, zu übertragendemDrehmoment ein geringes Anwachsen des Schlupf es und somit ein steiler Anstieg der Kuppluflgsfüllungzustande, wodurch nur ein geringer Abfall der Abtriebsdrehzahl eintritt. D.h. bei konstanter Regelschöpfrohrstellung fällt mit zunehmendem, zu übertragendem Drehmoment die Abtriebsdrehzahl kaum ab.As a result, there is a change in the filling of the working space when the machine is at a standstill Scoop pipe possible. This change in filling is due to the fact that the cone of the liquid ring surface Depending on the slip, i.e. depending on the transmitted torque Although it always has the same diameter at the largest point, it is different runs steep or flat. With a constant scoop tube position, with increasing the torque to be transmitted is a slight increase in the slip and thus a steep increase Increase in clutch charge, resulting in only a slight drop in output speed entry. In other words, if the regulating scoop tube position is constant, it decreases with increasing transmitted torque hardly decreases the output speed.

Zwar gibt es bereits Strömungskupplungen mit auf der Rüclcseite des Priieärrades angeordneter Schöpfrohrkammer und ungehindertem Flüssigkeitsübertritt vom Arbeitsraum in die Schöpfkammer. Mit diesen bekannten Kupplungen ist Jedoch nicht der erwünschte Kennlinienverlauf zu erzielen, solange nicht sichergestellt ist, daß der Flüssigkeitsring in der Schöpfkammer trotz der Verzögerung des eintauchenden, stillstehenden Schöpfrohres mit wenigstens annähernd der Primärdrehzahl umläuft. Verzögerungen in dieser Hinsicht ergeben einen anderen Verlauf in der Oberflächenform des FlUssigkeltsrlnges und führen zu Kennlinienabweichungen von der -gewUnschten Form. Zweckmäßigerweise werden daher die Durchbrüche in der PumpenradrUckwand so groß gemacht, daß das Pumpenrad ohne RUckwand ausgebildet ist und daß das rückwärtige Ende der Schaufeln gleichzeitig als Mitnehmerrippen für die Flüssigkeit im Ringraum dienen. Das Schöpfrohr wird dabei axial möglichst dicht an die offene Rückseite des Pumpenrades herangerückt angeordnet. There are already flow couplings on the back of the Primary wheel arranged scoop tube chamber and unimpeded passage of liquid from the work area into the pumping chamber. However, with these known couplings not to achieve the desired characteristic curve, as long as not ensured is that the liquid ring in the pumping chamber despite the delay of the immersing, stationary scoop tube rotates at at least approximately the primary speed. Delays in this regard result in a different course in the surface shape of the liquid length and lead to deviations in the characteristic curve from the desired one Shape. The openings in the rear wall of the pump impeller are therefore expediently so Made large that the impeller is designed without a back wall and that the rear The end of the blades doubles as driving ribs for the liquid in the annulus to serve. The scoop tube is axially as close as possible to the open rear of the pump wheel moved closer.

Die erfindungsgemäße Ausdehnung des kegelflächenförmigen Verlaufes bis in die Ringkammer durch die Pumpenrückwand hindurch bringt schon bei einer einfachen Kupplung, d.h. einer Kupplung mit einem Arbeitsraum den gewünschten Vorteil. Diese Anwendung bringt Jedoch eine asymmetrische Anströmung der niveaubestimmenden Öffnung, insbesondere der Schöpföffnung mit sich, d.h. die Zuströmung erhält eine axiale Komponente unterschiedlicher Größe, wodurch andere unkontrollieIbare Effekte die Kupplungskennung ungünstig beeinflussen. Erst die Anwendung auf die Duplex-Kupplung bringt eine symmetrische Anströmung z.B. des Schöpfrohres in allen Betriebspunkten, wodurch ein unkontrollierbarer Störeinfluß ausgeschaltet ist und der beabsichtigte Kennlinienverlauf voll zur Geltung kommt. The expansion according to the invention of the conical shape even with a simple one brings up into the annular chamber through the rear wall of the pump Coupling, i.e. a coupling with a working space, the desired advantage. These However, an asymmetrical flow towards the level-determining opening is used, especially the scoop opening with it, i.e. the inflow is axial Components of different sizes, causing other uncontrollable effects Adversely affect clutch identification. First the application to the duplex coupling brings a symmetrical flow e.g. of the scoop tube in all operating points, whereby an uncontrollable interference is eliminated and the intended Characteristic curve comes into its own.

Es wird daher in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Strömungskupplung in an sich bekannter Weise in Duplexbauweise mit einer Doppelanordnung von Arbeitsräumen auszubilden, mit zwei drücken an Rücken angeordneten Pumpenrädern und zwei diesen zugeordneten Turbinenrädern und die Ringkammer zwischen den beiden Pumpenrädern anzuordnen sowie als niveaubestimmendes Mittel ein Schöpfrohr vorzusehen. It is therefore proposed in a further development of the invention, the fluid coupling in a known manner in duplex design with a double arrangement of work rooms to train, with two press on the back arranged pump wheels and two of these associated turbine wheels and the annular chamber between the two Pump wheels to be arranged and to provide a scoop tube as a level-determining means.

Zweckmäßigerweise wird zwecks Möglichkeit einer vollständigen Entleerung des Arbeitsraumes am Außenumfang ein Hilfsschöpfrohr vorgesehen. An der Stelle dieses Hilfsschöpfrohres ist vorteilhafterweise an der das Hilfsschöpfrohr umfassenden Kupplungsschale eine nach innen offene Rinne angeordnet. It is expedient for the purpose of a complete emptying to be possible An auxiliary scoop tube is provided on the outer circumference of the working space. At the point of this Auxiliary scoop tube is advantageously on the one encompassing the auxiliary scoop tube Coupling shell arranged an inwardly open channel.

Die Erfindung ist an Hand von einem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine hydrodynamische regelbare Lüfter-Nabenkupplung mit erfindungsgemäßer Schöpfraumanordnung und Fig. 2 eine Schar von Linien gleicher Schöpfrohrstellung- in einem Drehmomenten-Schlupfdiagramm. The invention is illustrated by means of one in the drawings Embodiment explained in more detail below. They show: FIG. 1 a hydrodynamic controllable fan hub coupling with inventive pump chamber arrangement and FIG. 2 shows a family of lines with the same scoop tube position in a torque slip diagram.

Bei der in Fig. 1 dargestellten regelbaren Nabenkupplung eines Axialventilators ist das mit der Antriebswelle 1 verbundene und über die geilriemenscheibe 14 angetriebene Primärrad 2 von einer mit den beiden Sekundärrädern 3 verbundenen Schale 4 umgeben. Diese Schale ist mit dem in der Figur links angeordneten Sekundärschaufelrad 5 in einem Stück zusammen mit den Lüfterflügeln 6 gegossen.In the case of the controllable hub coupling of an axial fan shown in FIG. 1 is that connected to the drive shaft 1 and driven by the belt pulley 14 Primary wheel 2 is surrounded by a shell 4 connected to the two secondary wheels 3. This shell is in the figure with the secondary impeller 5 arranged on the left one piece cast together with the fan blades 6.

Die hydrodynamische Nabenkupplung ist als Duplexiupplungmit in der Mitte "Rücken an Rücken" angeordne-ten Primärschaufelkränzen 7 und 8 und mit jeweils gegenüberstehenden, mit ihnen zusammenarbeitenden Sekundärschaufelkränzen 5 und 9 ausgebildet. Erfindungsgemäß ist zwischen den Primärschaufelkränzen die Schöpfkammer 10 angeordnet, die über große, mit dem äußeren Rand radial weit nach außen reichenden Öffnungen 11 mit den Arbeitsräumen 5/7 und 8/9 in Verbindung stehen. Diese oeffnungen 11 kommendadurch zustande, daß die Schaufelkranzrückwand auf einer ringförmigen, zur Schaufelkranzachse zentrisc-h liegenden Fläche abgedreht ist, so da.3 in diesem radialen Abschnitt des Schaufelrades nur noch die Schaureln selber stehen bleiben. Der ungehinderte Ubertritt vom Arbeitsraum 5/7 bzw. 8/9 zur Schöpfkammer- 10 durch die Primarschaufelradrückwand hindurch könnte auch durch viele'kleinere Löcher, Schlitze od. dgl. in der ansonsten wohl vorhandenen ückwand des Schaufelrades erfolgen. So sind z.B. für den geradlinien Verlauf des kegelförmigen Oberflächenverlaufes der Arbeitsflüssizkeit vom Arbeitsraum bis in den Schöpfraum hinein w@hr@nd des Betriebes mit sehr kleinen Füllungsgraden in der ähe des größten Arbeitsraumdurchmessers in der Primärradrückvzand 12 zusätzliche Bohrungen 13 vorgesehen.The hydrodynamic hub coupling is included as a duplex coupling in the Primary blade rings 7 and 8 arranged "back to back" in the middle and each with opposite secondary blade rings 5 and cooperating with them 9 trained. According to the invention, the scoop chamber is between the primary blade rings 10 arranged, the large, with the outer edge reaching radially far outward Openings 11 are in communication with the work spaces 5/7 and 8/9. These openings 11 come about in that the blade ring rear wall on an annular, is turned off the surface lying centrically to the blade ring axis, so that.3 in this radial section of the paddle wheel only the shovels themselves remain. The unhindered passage from the work space 5/7 or 8/9 to the scoop chamber 10 the primary impeller rear wall could also go through many smaller holes, Slots or the like in the otherwise probably existing rear wall of the paddle wheel. For example, for the straight course of the conical surface course the working fluid from the working area to the pumping area of Operation with very small degrees of filling in the vicinity of the largest working space diameter 12 additional bores 13 are provided in the primary wheel back.

In der Schöpfkammer 10 ist das in einer achssenkrechten Ebene um die exzentrische Achse 15 schwenkbare und vom Verstellorgan 16 über die Zahnradsegmente 17 und 18 verschwenk;e Schöpfrohr 19 angeordnet. Durch Verschwenlcen des Schöpfrohres kann dessen Schöpföffnung 23 auf jeden beliebigen radial zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser der torusförmigen Arbeitsräume liegenden Punkt gebracht werden. Seine momentane Stellung ist durch das radiale Naß a vom Innendurchmesser des Arbeitsraumes bis zur äußersten Stellung der Schöpföffnung gekennzeichnet. Die vom Schöpfrohr aufgefangene Ölmenge gelangt durch das Innere der Schwenkachse 15 und die stillstehende Zwischenkammer 20 in die Rücklaufleitung 21. Über die Zulaufleitung 22 wird der Strömungskupplung die zu Kühlzwecken nötige durchzusetzende ölmenge zugeführt. Zu- und Abfuhr sind jeweils so groß ausgelegt, daß auch eine aus thermischen Gründen sehr große Ölmenge mit Sicherheit ohne Stau abgeführt werden kann. D.h. durch die Außenkontur der Schöpföffnung 23 wird in jedem Fall der Verlauf der kegelförmigen Spiegeloberfläche des Arbeitsmediums an der Stelle des Schöpfrohres festgelegt. Zur vollständigen Entleerung der Strömungskupplung ist in der außenliegenden Schale 4 eine nach innen offene flache Rinne 24 und an der Stelle der Rinne ein Hilfsschöpfrohr 25 angebracht. In the pumping chamber 10 this is in a plane perpendicular to the axis the eccentric axis 15 pivotable and from the adjusting member 16 via the gear segments 17 and 18 pivoted; e scoop tube 19 is arranged. By swiveling the scoop tube can its scoop opening 23 to any radial between the largest and brought the smallest diameter of the toroidal working spaces lying point will. Its current position is through the radial wet a from the inner diameter of the working area up to the outermost position of the scoop opening. the The amount of oil collected by the scoop pipe passes through the interior of the pivot axis 15 and the stationary intermediate chamber 20 into the return line 21. Via the supply line 22 the fluid coupling is supplied with the amount of oil to be passed through which is necessary for cooling purposes fed. Supply and discharge are each designed so that one from thermal Reasons very large amounts of oil can be safely discharged without a jam. I.e. Due to the outer contour of the scoop opening 23, the course of the conical Specified mirror surface of the working medium at the point of the scoop tube. To completely empty the fluid coupling is in the outer shell 4 an inwardly open flat channel 24 and an auxiliary scoop tube at the location of the channel 25 attached.

Im Diagramm der Fig. 2 ist der prinzipielle Verlauf der Kennlinien der erfindungsgemäßen Strömungskupplung dargestellt. Hierin ist auf der Ordinate der sogenannte K-Wert, ein Maß für das durch die Kupplung übertragbare Drehmoment und auf der Abszisse der Schlupf s, die Drehzahldifferenz zwischen An- und Abtrieb, bezogen auf die Antriebsdrehzahl, in Prozent aufgetragen. Der Parameter der gezeigten Kurvenschar ist die Schöpfrohrstellung, gekennzeichnct durch das Maß a, welches für ganz nahe an der Ordinate verlaufende Kennlinien sehr klein ist und für weiter rechts liegende Kurven zunimmt. Die äußerst links gezeigte Linie gilt für a = o, d.h. The diagram in FIG. 2 shows the basic course of the characteristic curves the fluid coupling according to the invention shown. Herein is on the ordinate the so-called K value, a measure of the torque that can be transmitted by the clutch and on the abscissa the slip s, the speed difference between input and output, based on the drive speed, plotted in percent. The parameter of the shown The set of curves is the position of the scoop tube, marked by the dimension a, which is very small for characteristics running very close to the ordinate and for further curves on the right increases. The line shown on the far left holds for a = o, i.e.

für ganz zurückgeschwenktes Schöpfrohr. Der Arbeitsraum der Kupplung ist dann ganz gefüllt. Diese Linie ist die Mindestschlupflinie.for fully swiveled back scoop tube. The working area of the clutch is then completely filled. This line is the minimum slip line.

alit zunehmender radialer Eintauchtiefe a des Schöpfrohres 19 in die Schöpfkammer wird der Schlupf vergrößert.with increasing radial immersion depth a of the scoop tube 19 in the The pumping chamber increases the slip.

Das Bemerkenswerte und durch die Erfindung Bewirkte ist jedoch, daß die Teilfullungslinien gleicher Schöpfrohrstellung einen sehr steilen Anstieg des K-Wertes über dem Schlupf zeigen. What is remarkable and effected by the invention, however, is that the partial filling lines of the same scoop tube position show a very steep increase in the Show the K value above the slip.

Dieser bescheidene Schlupfanstieg oder der geringe Abtriebsdrehzahlabfall bei Drehmomentzunahme ist auf die durch die Erfindung mögliche selbsttätige Füllungsgradänderung auf Grund des etwas veränderten Schlupfes bei gleicher Schöpfrohrstellung zurückzuführen Je nach Belastung der Kupplung stellt sich der Spiegel nach der strichlierten Linie A (Diagrammpunkt Al), der ausgezogenen Linie B (Diagrammpunkt Bt), der strichpunktierten Linie C (Diagrammpunkt Ct) oder in irgendeiner anderen Zwischenlage ein.This modest increase in slip or the small drop in output speed in the event of an increase in torque, the automatic change in the degree of filling made possible by the invention must be taken into account due to the slightly changed slip with the same scoop tube position Depending on the load on the coupling, the mirror moves according to the dashed line A (diagram point Al), the solid line B (diagram point Bt), the dash-dotted line Line C (diagram point Ct) or any other liner.

Claims

Password: "drafting room arrangement"

Claims 1. Hydrodynamic fluid coupling with partial filling, with a toroidal shape formed from the blade rings of the primary and secondary wheel Work space and one with the work space freely connected, with one of the coupling parts encircling annular chamber with level-determining means in the annular chamber and with means that are constant during the clutch operation Provide liquid throughput through the working space, characterized in that - as known - the ring chamber on the back of the primary wheel through with this wheel circumferential walls is arranged limited on all sides that the rear wall (12) of the impeller lying on the largest possible diameter openings (11,13) for an unimpeded access of liquid from the meridional circular liquid ring the working flow in the annular chamber (10), and that means (ribs 7,8 o. The like.) Are provided, which slows down the circumferential speed of the liquid ring largely prevent under which the annular chamber by the immersed scoop tube.

2. Fluid coupling according to claim 1, but with a duplex design a double arrangement of work rooms with two presses on the back "arranged Pump wheels and one each of these each arranged opposite Turbine wheel, characterized in that the annular chamber (10) between the two Pump wheels is arranged and that the level-determining means is a scoop tube (19) is.

Fluid coupling according to Claim 1 or 2, characterized in that that the pump wheel or both pump wheels without a back wall and with on the back straight and radially cut blades is formed and that the scoop tube is arranged axially as close as possible to the rear side of the pump wheel (s).

4. Fluid coupling according to claim 1, characterized in that at least one auxiliary scoop tube pointing in the direction of rotation on the outer circumference of the scoop chamber (25) is arranged in such a way that this liquid from the gap t between the with the turbine rotating shell (4) and the suction chamber wall in the suction chamber (10) promotes.

5. Fluid coupling according to claim 2, characterized in that the shell (4) rotating with the turbine for the purpose of completely emptying the clutch in a manner known per se at the point of the auxiliary scoop tube an inwardly open one Umfar, gsrille (24) with a groove base lying on a largest diameter has and that the scoop opening of the HilrsichöpSrohres (25) as close as possible to Groove bottom is arranged.