DE202014006629U1

DE202014006629U1 - Hydrodynamische Kupplung

Info

Publication number: DE202014006629U1
Application number: DE201420006629
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2014-08-19
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: CN205154907U

Abstract

Hydrodynamische Kupplung
1.1 mit einem beschaufelten Pumpenrad (1) und einem beschaufelten Turbinenrad (2), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (3) ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder befüllbar ist, um eine hydrodynamische Kreislaufströmung auszubilden; wobei
1.2 das Pumpenrad (1) von einer über einer Drehachse umlaufenden Antriebswelle (6) getragen wird und das Turbinenrad (2) von einer über eine Drehachse umlaufenden Abtriebswelle (5) getragen wird und
1.3 die hydrodynamische Kupplung ein stationäres Gehäuse (7) aufweist, welches das Pumpenrad (1) und das Turbinenrad (2) umschließt;
dadurch gekennzeichnet, dass
1.4 die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle jeweils mittels eines ersten als Festlager ausgeführten Wälzlagers (13, 15) und einem zweiten als Loslager ausgeführten Wälzlagers (14, 16) im Gehäuse (7) gelagert sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gattungsgemäße hydrodynamische Kupplungen sind seit vielen Jahrzehnten bekannt. Sie werden, genauso wie dies für die erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung möglich ist, beispielsweise für Schwerlastmaschinen, wie Shredder, Brecher, Kettenförderer, Mühlen, Gurtförderer, insbesondere im Bergbau über oder unter Tage verwendet, um eine Arbeitsmaschine verschleißfrei und schwingungsgedämpft anzufahren und zu betreiben. In Verbindung mit einer elektronischen Anfahrregelung werden Anlaufzeiten bis zu mehreren Minuten realisiert. Die Gurtzugkräfte beim Anfahren von Gurtförderern werden dabei auf ein Minimum reduziert.
Herkömmlich werden solche hydrodynamische Kupplungen in der Regel als fremdgelagerte Kupplungen ausgeführt, das heißt, ihre Antriebswelle und Abtriebswelle werden an den angeschlossenen Maschinen, der Antriebsmaschine auf der Seite der Antriebswelle und der Arbeitsmaschine oder einem zwischengeschalteten Getriebe auf der Seite der Abtriebswelle gelagert. Hierdurch kann zwar eine kostengünstige und besonders kompakte Gestaltung der hydrodynamischen Kupplung erreicht werden, allerdings müssen die angeschlossenen Maschinen derart ausgestaltet sein, dass ihre Lagerung auch die Betriebskräfte, die auf die Antriebswelle und die Abtriebswelle der hydrodynamischen Kupplung wirken, aufnehmen können.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung, insbesondere für die eingangs genannten Anwendungsbereiche anzugeben, die den genannten Nachteil vermeidet.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung weist ein beschaufeltes Pumpenrad und ein beschaufeltes Turbinenrad auf, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder befüllbar ist, um eine hydrodynamische Kreislaufströmung auszubilden. Insbesondere ist die hydrodynamische Kupplung als füllungsgesteuerte Kupplung ausgeführt, das heißt, es ist eine Füllungssteuerung vorgesehen, mittels welcher die Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum gezielt zwischen einem minimalen Füllungsgrad und einem maximalen Füllungsgrad des Arbeitsraums veränderbar ist, vorteilhaft stufenlos.
Die hydrodynamische Kupplung weist ein Pumpenrad auf, das von einer über einer Drehachse umlaufenden Antriebswelle getragen wird. Ferner weist die hydrodynamische Kupplung ein Turbinenrad auf, das von einer über einer Drehachse umlaufenden Abtriebswelle getragen wird. In der Regel fluchten die Drehachse der Antriebswelle und die Drehachse der Abtriebswelle zueinander.
Ferner ist es möglich, dass die hydrodynamische Kupplung auch mehr als ein Pumpenrad und/oder mehr als ein Turbinenrad aufweist, beispielsweise zwei Pumpenräder, die zwei Turbinenräder in Axialrichtung zwischen sich einschließen oder zwei Turbinenräder, die zwei Pumpenräder in Axialrichtung zwischen sich einschließen. Die in Axialrichtung eingeschlossenen Räder sind dann vorteilhaft in einer Back-to-Back-Anordnung auf einer gemeinsamen Welle positioniert.
Erfindungsgemäß ist die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle jeweils mittels eines ersten als Festlager ausgeführten Wälzlagers und einem zweiten als Loslager ausgeführten Wälzlagers im Gehäuse gelagert. Wie dem Fachmann bekannt ist, bedeutet Festlager dabei, dass dieses nicht nur radiale Kräfte sondern auch axiale Kräfte aufnehmen kann, wohingegen das Loslager keine axialen Kräfte, sondern nur radiale Kräfte aufnehmen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das oder sind die ersten Wälzlager und/oder ist das oder sind die zweiten Wälzlager als Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Kegelrollenlager ausgeführt.
Besonders günstig ist es, wenn das oder die ersten Wälzlager und/oder das oder die zweiten Wälzlager als Lager mit Fettdauerschmierung ausgeführt sind, das heißt, dass ein Nachschmieren des jeweiligen Lagers über der Lebensdauer des Lagers oder der hydrodynamischen Kupplung nicht notwendig ist und insbesondere nicht möglich ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind das oder die ersten Wälzlager und/oder das oder die zweiten Wälzlager als fettgeschmierte Lager mit Nachschmiereinrichtung ausgeführt. Das bedeutet, dass ein Nachschmieren möglich ist und in der Regel während der Lebensdauer der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise des entsprechenden Lagers notwendig ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das oder die zweiten Wälzlager mit einem Lagerinnenring versehen, der gegenüber der mit ihn gelagerten Antriebswelle oder Abtriebswelle in Richtung der Drehachse relativverschiebbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Lageraußenring des oder der zweiten Wälzlager gegenüber dem Gehäuse in Richtung der Drehachse der Antriebswelle oder Abtriebswelle relativverschiebbar sein.
Besonders günstig ist es, wenn der relativverschiebbare Lagerring mittels wenigstens eines Federelementes, beispielsweise einer Druckfeder oder Zugfeder, oder einer Vielzahl entsprechender Federelemente, gegen seine Verschiebung vorgespannt ist, insbesondere gegenüber der ihm zugeordneten Welle (Antriebswelle oder Abtriebswelle) oder dem Gehäuse. Das Federelement weist vorteilhaft eine Federkraft auf, die größer ist als jede axiale Schubkraft (oder bei einem Federelement in Form einer Zugfeder als die Zugkraft), die im Betrieb der hydrodynamischen Kupplung den relativverschiebbaren Lagerring entgegen der Federkraft verschiebt.
Vorteilhaft ist das wenigstens eine Federelement in einer Axialnut oder Axialbohrung im Gehäuse beziehungsweise der zugeordneten Welle, das heißt Antriebswelle oder Abtriebswelle, positioniert.
Eine besonders günstige Ausführungsform der Nachschmiereinrichtung sieht eine Fettzufuhr und eine Fettabfuhr vor, die dem jeweiligen Wälzlager zugeordnet und entsprechend zur Nachschmierung mit diesem verbunden ist. Dabei können die Fettzufuhr und die Fettabfuhr derart an dem jeweiligen Wälzlager angeschlossen sein, dass das Einbringen von Nachschmierfett in die Fettzufuhr das im Wälzlager befindliche Fett in die Fettabfuhr verdrängt, sodass das gebrauchte Fett aus dem Wälzlager herausgedrückt wird und durch Nachschmierfett ersetzt wird. Dies kann besonders günstig durch eine Drosselung des Fetts erreicht werden, beispielsweise durch eine Drosselstelle in der Fettzufuhr und/oder der Fettabfuhr.
Gemäß einer Ausgestaltung weisen das oder die ersten Wälzlager und das oder die zweiten Wälzlager jeweils einen Lagerinnenring auf, wobei die Lagerinnenringe der Wälzlager einer Welle (Antriebswelle oder Abtriebswelle) über eine zwischengeschaltete Hülse auf der Welle gegeneinander axial verspannt sind. Zusätzlich oder alternativ können auch das oder die ersten Wälzlager und/oder das oder die zweiten Wälzlager einen Lagerinnenring aufweisen, der gegen eine Innenhülse verspannt ist, welche als Lauffläche für einen Dichtring dient oder einen solchen Dichtring aufnimmt oder ausbildet. Der entsprechende Dichtring bewirkt eine Abdichtung der Welle gegenüber dem Gehäuse oder einem anderen mit Relativdrehzahl zu der Welle umlaufenden Bauteil.
Insbesondere, wenn das oder die Wälzlager als Zylinderrollenlager ausgeführt sind, kann vorgesehen sein, dass das oder die entsprechenden Wälzlager einen gegenüber der Antriebswelle oder Abtriebswelle unverschiebbaren Lagerinnenring und einen gegenüber dem Gehäuse unverschiebbaren Lageraußenring aufweisen. Damit ist auch keine Vorspannung mittels eines Federelementes notwendig, sodass das Wälzlager frei von einem entsprechenden Federelement sein kann.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figur exemplarisch erläutert werden.
In der 1 ist eine hydrodynamische Kupplung dargestellt, die als Doppelkupplung mit zwei Arbeitsräumen 3 ausgeführt ist. Jeder Arbeitsraum 3 wird durch jeweils ein Pumpenrad 1 und ein Turbinenrad 2 gebildet, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die hydrodynamische Kupplung mit einem sogenannten Außenradantrieb vorgesehen ist, das heißt, die beiden Pumpenräder 1 sind über eine Pumpenradschale 4 miteinander verbunden und schließen die beiden Turbinenräder 2, die in einer Back-to-Back-Anordnung auf der Abtriebswelle 5 positioniert sind, zwischen sich ein. Die Pumpenradschale 4 umschließt die beiden Turbinenräder 2 in Umfangsrichtung.
Der Antrieb der beiden Pumpenräder 1 erfolgt über die Antriebswelle 6, die entsprechend die beiden Pumpenräder 1 trägt, wobei eine Relativabstützung des der Abtriebswelle 5 zugewandten Pumpenrads 1 auch auf der Abtriebswelle 5 oder dem Turbinenrad 2 vorgesehen sein kann.
Die beiden Pumpenräder 1 und Turbinenräder 2 werden zusammen mit der Pumpenradschale 4 von einem stationären Gehäuse 7 umschlossen. Das Gehäuse 7 weist einen Arbeitsmediumeinlass 8 auf, über welchen das Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf 9, insbesondere mit einem Vorratsbehälter 10 oder einem Versorgungssystem in die hydrodynamische Kupplung eingebracht wird. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Arbeitsmedium, nachdem es die Drehdurchführung 11 durchströmt hat, über in Radialrichtung oder Radial-Axial-Richtung verlaufende Düsen 12 in die Arbeitsräume 3 geleitet.
Die Antriebswelle 6 ist über ein erstes Wälzlager 13 und ein zweites Wälzlager 14 im Gehäuse 7 gelagert. Das erste Wälzlager 13 kann beispielsweise, wie dargestellt, stärker dimensioniert sein als das zweite Wälzlager, das heißt vergleichsweise größere Wälzkörper und einen Lageraußenring auf einem größeren Durchmesser aufweisen. Das erste Wälzlager 13 ist als Festlager ausgeführt, das heißt, es nimmt sowohl radiale Kräfte als auch axiale Kräfte auf und hält dadurch die Antriebswelle 6 in der gewünschten Position innerhalb des Gehäuses 7. Das zweite Wälzlager 14 ist als Loslager ausgeführt, das heißt, es kann keine Axialkräfte aufnehmen.
Die Abtriebswelle 5 ist im Gehäuse 7 mittels eines ersten Wälzlagers 15 und eines zweiten Wälzlagers 16 positioniert. Zu diesen beiden Wälzlagern 15, 16 gilt das zu den beiden Wälzlagern 13, 14 der Antriebswelle 6 gesagte.
Jedes Wälzlager 13, 14, 15, 16 weist einen Lagerinnenring 17 und einen Lageraußenring 18 auf. Die Lagerinnenringe 17 sind auf der Antriebswelle 6 beziehungsweise der Abtriebswelle 5 positioniert und die Lageraußenringe 18 sind im Gehäuse 7 positioniert. Die Lagerinnenringe 17, mittels welchen die Antriebswelle 6 gelagert wird, sind über eine zwischengeschaltete Hülse 19 auf der Antriebswelle 6 gegeneinander verspannt und werden so in ihrer axialen Position zueinander gehalten. Die Lagerinnenringe 17, mittels welchen die Abtriebswelle 5 gelagert ist, sind durch eine Hülse 19 auf der Abtriebswelle 5 gegeneinander verspannt und werden so in ihrer axialen Position auf der Abtriebswelle 5 gehalten. Zusätzlich ist auf der dem jeweiligen ersten Wälzlager 13, 15 abgewandten Seite des jeweiligen zweiten Wälzlagers 14, 16 eine Innenhülse 20 vorgesehen, gegen welche der jeweilige Lagerinnenring 17 verspannt ist.
Die Innenhülsen 20 bilden zugleich einen Teil der Wellendichtung 21, mittels welcher der Innenraum der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise die Antriebswelle 6 und die Abtriebswelle 5 gegenüber dem Gehäuse 7 abgedichtet sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel bildet die Innenhülse die Lauffläche für einen Dichtring 22 der Wellendichtung 21.
Für die beiden Wellendichtungen 21 ist eine sogenannte Entlastung vorgesehen, an die eine Entlüftungsleitung 23 angeschlossen ist, über welche in das Innere der Wellendichtung 21 gelangendes Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Kupplung gezielt abgeführt wird. Die Entlüftungsleitungen 23 verlaufen innerhalb des Gehäuses 7. Entsprechend diesen Entlüftungsleitungen 23 sind für die Wellendichtungen 24, mittels welchen die Antriebswelle 6 beziehungsweise Abtriebswelle 5 außerhalb der ersten Wälzlager 13 und 15 gegen das Gehäuse abgedichtet sind, Entlüftungsleitungen 25 vorgesehen.
Die Lageraußenringe 18 der zweiten Wälzlager 14 und 16 sind jeweils über ein oder eine Vielzahl von Federelementen 17 gegen das Gehäuse 7 vorgespannt. Entsprechend können ringförmige Kerben oder Axialbohrungen im Gehäuse 7 vorgesehen sein. Auf der den Federelementen 26 abgewandten Seite können die Lageraußenringe 18 durch den Außenring 27 der entsprechenden Wellendichtung 21 gehalten werden. Dieser Außenring 27 kann insbesondere am Gehäuse 7 angeschraubt sein.

Claims

Hydrodynamische Kupplung 1.1 mit einem beschaufelten Pumpenrad (1) und einem beschaufelten Turbinenrad (2), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (3) ausbilden, der mit einem Arbeitsmedium befüllt oder befüllbar ist, um eine hydrodynamische Kreislaufströmung auszubilden; wobei 1.2 das Pumpenrad (1) von einer über einer Drehachse umlaufenden Antriebswelle (6) getragen wird und das Turbinenrad (2) von einer über eine Drehachse umlaufenden Abtriebswelle (5) getragen wird und 1.3 die hydrodynamische Kupplung ein stationäres Gehäuse (7) aufweist, welches das Pumpenrad (1) und das Turbinenrad (2) umschließt; dadurch gekennzeichnet, dass 1.4 die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle jeweils mittels eines ersten als Festlager ausgeführten Wälzlagers (13, 15) und einem zweiten als Loslager ausgeführten Wälzlagers (14, 16) im Gehäuse (7) gelagert sind.
Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten Wälzlager (13, 15) und/oder das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) als Rillenkugellager, Zylinderrollenlager oder Kegelrollenlager ausgeführt sind.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste oder die ersten Wälzlager (13, 15) und/oder das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) als Lager mit Fettdauerschmierung ausgeführt sind.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten Wälzlager (13, 15) und/oder das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) als fettgeschmierte Lager mit Nachschmiereinrichtung ausgeführt sind.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) einen Lagerinnenring (17) und einen Lageraußenring (18) aufweisen und der Lagerinnenring (17) gegenüber der mit ihm gelagerten Antriebswelle (6) oder Abtriebswelle (5) in Richtung der Drehachse relativverschiebbar ist und/oder der Lageraußenring (18) gegenüber dem Gehäuse (7) in Richtung der Drehachse der Antriebswelle (6) oder Abtriebswelle (5) relativverschiebbar ist.
Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der relativverschiebbare Lagerring (17, 18) mittels wenigstens eines Federelementes (26) oder eine Vielzahl von Federelementen (26) gegen seine Verschiebung vorgespannt ist, insbesondere gegenüber der ihm zugeordneten Welle (5, 6) oder dem Gehäuse (7).
Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) eine Federkraft aufweist, die größer ist als jede axiale Schubkraft oder Zugkraft, die im Betrieb der hydrodynamischen Kupplung den relativverschiebbaren Lagerring (17, 18) entgegen der Federkraft verschiebt.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (26) in einer Axialnut oder Axialbohrung im Gehäuse (7) in der Antriebswelle (6) oder in der Abtriebswelle (5) positioniert ist.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachschmiereinrichtung eine Fettzufuhr und eine Fettabfuhr umfasst, die dem jeweiligen Wälzlager (13, 14, 15, 16) zugeordnet und mit diesem verbunden ist.
Hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fettzufuhr und die Fettabfuhr derart an dem jeweiligen Wälzlager (13, 14, 15, 16) angeschlossen sind, dass das Einbringen von Nachschmierfett in die Fettzufuhr das im Wälzlager (13, 14, 15, 16) befindliche Fett in die Fettabfuhr verdrängt, insbesondere durch Vorsehen einer Drosselstelle in der Fettzufuhr und/oder der Fettabfuhr.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten Wälzlager (13, 15) und das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) jeweils einen Lagerinnenring (17) aufweisen, welche über eine zwischengeschaltete Hülse (19) auf der Antriebswelle (6) und/oder Abtriebswelle (5) gegeneinander axial verspannt sind.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ersten Wälzlager (13, 15) und/oder das oder die zweiten Wälzlager (14, 16) einen Lagerinnenring (17) aufweisen, der gegen eine Innenhülse (20) verspannt ist, welche als Lauffläche für einen Dichtring (22) dient oder einen solchen Dichtring (22) aufnimmt oder ausbildet.
Hydrodynamische Kupplung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und insbesondere einen der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die als Zylinderrollenlager ausgeführten Wälzlager (13, 14, 15, 16) einen in Axialrichtung gegenüber der Antriebswelle (6) oder der Abtriebswelle (5) unverschiebbaren Lagerinnenring (17) und einen gegenüber dem Gehäuse (7) unverschiebbaren Lageraußenring (18) aufweisen.