DE19902296A1

DE19902296A1 - Hydrodynamische Kupplung

Info

Publication number: DE19902296A1
Application number: DE1999102296
Authority: DE
Inventors: Bernhard Schust
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2000-08-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen: DOLLAR A - ein Pumpenrad und ein Turbinenrad bilden einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander; DOLLAR A - es ist ein Innengehäuse vorgesehen, das mit dem Pumpenrad drehfest verbunden ist und das das Turbinenrad umschließt; DOLLAR A - Pumpenrad mit Innengehäuse und Turbinenrad sind von einem Außengehäuse umschlossen; DOLLAR A - es sind ein Einlaß in das Pumpenrad sowie ein Auslaß aus dem Innengehäuse vorgesehen, so daß das Betriebsmedium umwälzbar ist und der Arbeitsraum entleerbar ist; DOLLAR A - der Auslaß ist mit einer Abspritzdüse versehen. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: DOLLAR A - es sind Sensoren vorgesehen, die leistungsrelevante Daten einer der Kupplung zuzuordnenden Arbeitsmaschine erfassen und die hieraus Signale bilden; DOLLAR A - es ist ein Prozessor vorgesehen, der bei Vorliegen auffälliger Signale den Füllungsgrad des Arbeitsraumes absenkt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander bilden.

Kupplungen dieser Art sind aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen bekannt geworden. Nur beispielsweise wird verwiesen auf

(1) GB-A-922 415
(2) EP 062 274 A3
(3) Voith-Druckschrift Cr 112.

Die Erfindung geht aus von einer hydrodynamischen Kupplung gemäß Dokument (2). Dabei handelt es sich um sogenannte entleerbare Kupplungen mit Öldurchlauf. Aus Fig. 7 von Dokument (3) erkennt man eine Kupplung (dort in Tandem-Ausführung), wobei jeweils ein Pumpenrad mit einem Turbinenrad zusammenarbeitet. Am äußeren Umfang des Pumpenrades ist eine Zylinderschale befestigt, die ein Innengehäuse bildet. Die Pumpenräder und die Turbinenräder sind von einem Außengehäuse umgeben. Dem Arbeitsraum wird durch Bohrungen im Pumpenrad Öl zugeführt. Dieses Öl kann durch Abspritzdüsen im Innengehäuse austreten. Es wird vom Außengehäuse aufgefangen und gelangt dann in einen Öltank, gebildet aus einer Wanne des Außengehäuses. Auf diese Weise kann eine ständige Umwälzung des Öles erfolgen.

Bei dieser Art von Kupplung sind somit zwei Kreisläufe des Betriebsmittels - im allgemeinen eines Öles - vorgesehen: Der eine Kreislauf findet im Arbeitsraum statt, gebildet aus dem Pumpenrad und dem Turbinenrad. In diesem Kreislauf muß das Öl Drehmoment übertragen, wobei es sich erwärmt.

Der andere Kreislauf ist dem Arbeitskreislauf gewissermaßen als äußerer Kreislauf überlagert. In diesem äußeren Kreislauf kann das Öl gekühlt werden.

Bei manchen Arbeitsmaschinen treten während des Betriebes besondere Belastungen auf. Diese können kurzfristig große Werte annehmen. Sie können außerdem nicht vorhersehbar sein. Als Beispiel sind Schredder zu nennen, die Materialien wie Holz oder Metall zerkleinern. Auch kommen Brechanlagen in Betracht, die Großmüll aufnehmen, der eine völlig unkontrollierte Zusammensetzung hat. So kommen beispielsweise aus dem Sperrmüll Kleinteile wie gebrauchte Möbel zur Zerkleinerung, zwischendurch aber auch Eisenteile oder Blechteile wie alte Hausgeräte. Immer dann, wenn ein entsprechend hartes oder voluminöses Teil in den Bereich der Brecherwerkzeuge gelangt, so kommt es zu einem steilen Anstieg der Belastungskurve und damit zu einer hohen Spitzenbelastung des Motors, gelegentlich bis zu dessen Kippmoment.

Für solche Anwendungsfälle sind konstant gefüllte hydrodynamische Kupplungen nur bedingt tauglich. Eine übliche Auslegung erfolgt bisher mit einer maximalen Lastbegrenzung durch die Kupplung mit dem 1,8-fachen Nennmoment.

Verwendet man offene, durchflußgesteuerte Kupplungen, so läßt sich die Motorbelastung zwar durch Verändern des Füllungsgrades beeinflussen. Bei den genannten Anwendungsfällen mit unerwarteten Spitzenbelastungen kann jedoch das Entleeren von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum gar nicht so schnell durchgeführt werden, um eine wirksame Lastbegrenzung zu erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung der eingangs genannten Art mit variabler Füllung und Durchflußsteuerung derart zu gestalten, daß die Entleerung des Arbeitsraumes zu einer rechtzeitigen Motorentlastung führt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Der Erfinder hat erkannt, daß bei sofortigem Erfassen von leistungsrelevanten Daten der an die hydrodynamische Kupplung angeschlossenen Arbeitsmaschine ein derart rasches Übermitteln eines sich ankündigenden Extremzustandes an den Prozessor möglich ist, daß dieser wiederum schnell genug das Ventil im Auslaß öffnen kann, so daß es nicht zu unzulässig hohen Spitzenbelastungen kommt.

Empfehlenswert ist es, eine hohe Geschwindigkeit des Arbeitsmediums im Kreislauf vorzusehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist es möglich, eine Frühdiagnose zu erstellen, die einen Hinweis auf eine drohende Überlastung gibt, so daß der Prozessor sofort eingreifen und Unheil verhindern kann. Dabei ist es sehr zweckmäßig, bereits im Frühstadium auffällige Sensorsignale zu erfassen und dem Prozessor einzuspeisen, beispielsweise dann, wenn der Strom einen bestimmten Normalwert um ein bestimmtes Maß überschreitet, beispielsweise 5, 10, 15 oder 20 Prozent über dem Normalwert liegt.

Die Erfindung läßt sich bei zwei Bauarten hydrodynamischer Kupplungen einsetzen, nämlich bei einer ersten Bauart mit Abspritzventil, und einer zweiten Bauart mit radial justierbarer Staudruckpumpe. Im einen Falle wird bei Vorliegen eines auffälligen, an der Arbeitsmaschine anfallenden Sensorsignales auf die Öffnung des Ventils Einfluß genommen, und im anderen Falle auf die radiale Position des Mundstückes der Staudruckpumpe.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die in der Figur dargestellte hydrodynamische Kupplung ist in Tandem- Bauweise aufgebaut. Sie weist demgemäß zwei Pumpenräder 1.1, 1.2 und zwei Turbinenräder 2.1, 2.2 auf. Man erkennt ferner eine Antriebswelle 3, eine Abtriebswelle 4 und ein Gehäuse 5. Dem Pumpenteil ist eine Pumpenschale 1.3 zugeordnet. Siehe diesbezüglich den im Kreis dargestellten vergrößerten Ausschnitt. Eine Zylinderschale 1.4 weist eine Abspritzdüse 6 auf.

Man erkennt einen externen, geschlossenen Kreislauf 10. Dieser umfaßt ein erstes Ventil 30, mit welchem Betriebsmedium aus dem Kreislauf ablaßbar ist, ferner ein zweites Ventil 40, über welches Betriebsmedium in den Kreislauf 10 einspeisbar ist. Der Kreislauf 10 umfaßt ferner einen hier nicht dargestellten Wärmetauscher zum Kühlen des Arbeitsmittels, einen Druckmesser 50, einen Temperatursensor 60 sowie eine Blende 70.

In der Pumpenschale 1.3 bildet sich während des Betriebes ein Flüssigkeitsspiegel 7 des Betriebsmediums. In das Betriebsmedium taucht ein Mundstück 10.1 einer Rohrleitung 10.2 ein.

Bei Verwendung einer solchen durchflußgesteuerten Kupplung mit geschlossenem Kreislauf kann die Entleerung der Kupplung äußerst rasch erfolgen, so daß die Kupplung eine plötzlich auftretende Last auf einen niedrigen Wert begrenzen kann.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung können zum schnellen Absenken des Füllungsgrades des Arbeitsraumes der Kupplung auch die beiden folgenden Maßnahmen in Kombination angewandt werden: Es können die Ventile 30, 40 entsprechend geschaltet und außerdem das Mundstück 10.1 bezüglich seiner radialen Position verändert werden. Dabei können diese beiden Vorgänge zeitgleich oder zeitlich versetzt stattfinden. Die genannten Ventile 30, 40 sind vorzugsweise Schieberventile.

Claims

1. Hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen:

1. 1.1 ein Pumpenrad (1) und ein Turbinenrad (2) bilden einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander;
2. 1.2 es ist ein Innengehäuse vorgesehen, das mit dem Pumpenrad (1) drehfest verbunden ist und das das Turbinenrad (2) umschließt;
3. 1.3 Pumpenrad (1) mit Innengehäuse und Turbinenrad (2) sind von einem Außengehäuse (5) umschlossen;
4. 1.4 es sind ein Einlaß in das Pumpenrad (1) sowie ein Auslaß aus dem Innengehäuse vorgesehen, so daß das Betriebsmedium umwälzbar ist, und der Arbeitsraum entleerbar ist;
5. 1.5 der Auslaß ist mit einer Abspritzdüse (6) versehen;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
6. 1.6 es sind Sensoren vorgesehen, die leistungsrelevante Daten einer der Kupplung zuzuordnenden Arbeitsmaschine erfassen und die hieraus Signale bilden;
7. 1.7 es ist ein Prozessor vorgesehen, der bei Vorliegen auffälliger Signale den Füllungsgrad des Arbeitsraumes absenkt.

2. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1. 2.1 es ist ein äußerer, geschlossener Kreislauf (10) vorgesehen;
2. 2.2 der Kreislauf (10) weist ein erstes Ventil (30) auf, mit dem Betriebsmedium aus dem Kreislauf (10) ablaßbar ist;
3. 2.3 der Kreislauf (10) weist ein zweites Ventil (40) auf, über welches Betriebsmedium in den äußeren Kreislauf (10) einspeisbar ist;
4. 2.4 der Prozessor ist derart gestaltet, daß er bei Vorliegen eines auffälligen Signales das erste Ventil (30) auf die Position "Ablassen" schaltet, und das zweite Ventil (40) auf die Position "Absperren des Zuflusses von außen", bzw. das zweite Ventil in dieser Position beläßt.

3. Hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen:

1. 3.1 ein Pumpenrad (1) und ein Turbinenrad (2) bilden einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander;
2. 3.2 es ist ein Innengehäuse vorgesehen, das mit dem Pumpenrad (1) drehfest verbunden ist und das das Turbinenrad (2) umschließt;
3. 3.3 Pumpenrad (1) mit Innengehäuse und Turbinenrad (2) sind von einem Außengehäuse (5) umschlossen;
4. 3.4 es sind ein Einlaß in das Pumpenrad (1) sowie ein Auslaß aus dem Innengehäuse vorgesehen, so daß das Betriebsmedium umwälzbar ist, und der Arbeitsraum entleerbar ist;
5. 3.5 es ist eine Staudruckpumpe in Gestalt eines angeströmten Röhrchens vorgesehen, das ein Mundstück (10.1) aufweist, und das zwecks Einstellens des Füllungsgrades des Arbeitsraumes der Kupplung in radialer Richtung verstellbar ist;
gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
6. 3.6 es sind Sensoren vorgesehen, die leistungsrelevante Daten einer der Kupplung zuzuordnenden Arbeitsmaschine erfassen und die hieraus Signale bilden;
7. 3.7 es ist ein Prozessor vorgesehen, der bei Vorliegen auffälliger Signale entsprechende Befehle bezüglich des radialen Verstellens an die Staudruckpumpe gibt.

4. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor zum Erfassen des Stromes oder der Drehzahl oder des Momentes des Antriebsmotors der Arbeitsmaschine vorgesehen ist.