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Hydrostatische Kupplung Die erfindung betrifft eine hydrostatische
Kupplung, bei welcher der Schlupf mit Hilfe eines Drosselventils einstellbar ist
und ein innenverzahntes Hohlrad mit mindestens einem exzentrisch zum Hohlrad gelagerten
Innenrad kämmt, das mit dem Hohlrad als Zahnradpumpe zusammenwirkt, wobei das Innenrad
auf einem Teil einer tonzen-trisch zur Außenradachse drehbar gelagerten Welle exzentrisch
zur Außenradachse drehbar gelagert ist, der Ein- und der Auslad synchron mit dem
Exzenter rotieren
und der An- und Abt-rieb über die Welle und das
Hohlrad erfolgt.
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Derartige hydrostatische Kupplungen sind aus "Lueger, Lexikon der
Technik", 4auflage, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart, Band 1, Seite 274, bekannt.
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Diese bekannten Kupplungen weisen einen Planetenstern mit zehn Planetenrädern
auf 0 Die Planetenräder kämmen mit dem Hohlrad. Jedes der Planetenräder ist in einer
Aussparung des Planetensterns drehbar gelagert. Aus der Aussparung ragt das Planetenrad
lediglich mit dem mit dem Hohlrad im Eingriff befindlichenereich des Zahnkranzes.
Im Abstand vom Außenumfang des Planetensterns mündet in den Hohlraum jedes Planetenrades
eine Druckflüssigkeitsleitung. Solange diese Druckflüssigkeitsleitung nicht von
einer gesonderten Flüssigkeitspuslpe mit Flüssigkeit beaufschlagt wird, nimmt die
Kupplung praktisch nicht mit, da die Planetenräder bei getriebenem Planetenstern
praktisch widerstandslos im Hohlrad abrollen. Wird jedoch von der zusätzlich vorgesehenen
Pumpe Druckflüssigkeit zugeführt, so müssen die Planetenräder gegen Druck fördern
und nehmen dadurch das Hohlrad mit. Das dabei geförderte 01 fließt durch unvermeidliche
und gewollte Spalten von der Druck- zur Saugseite zum Drosselventil.
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Derartige Kupplungen eind baulicii außerordentlich aufwendig. Sie
benötigen darüberhinaus eine zusätzliche Pumpe. Sie werden .d-aher nur in Sonderfällen
z. B. zwischien Dieselmotor und Getriebe von Schiffen angewandt.
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Die Erfindung schafft eine Kupplung der eingangs definierten Art welche
sich durch außerordentliche Einfachheit in Konstruktion, Betrieb und Bertig-ung
auszeichnet, praktisch wartungsfrei ist, in sehr kleinen Abmessungen gebaut werden
kann, einen hohen Wirkungsgrad bei der Drehmomentiibertragung besitzt und d-enno-cli'-einen
Regelbereich aufweist, der sich von fast schlupflose-r Mitnahme des Abtriebsteils
bis zum freien Rotieren des Antritebsteils im Abtriebsteil bei Übertragung eines
nur minimalen Drehmoments auf letzteres erstreckt.
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Wenn auch -die Kupplung gemäß Erfindung für die verschi-edensten Zwecke
anwendbar ist, wo eine Kupplung mit den eben dargelegten Vorteilen erwünscht ist,
so ist jedoch das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung der Einsatz der Kupplung
zwischen dem Lüfterrad eines Kraftfahrzeugmotors und dem Antrieb für dieses Lüfterrad,
der in der Regel von einer Riemenscheibe gebildet ist Bekanntlich wird bei Kraftfahrzeugen
der Bedarf an Lüfterradleistung mit steigender Fahrgesc-hwindigkeit immer geringer,
während die vom Lüfterrad aufgenommene
Leistung mit der 3. Potenz
der Geschwindigkeit steigt.
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Die Kupplung gemäß Erfindung erlaubt es hier, im gezüchten Umfang
das vom Antrieb auf das Lüfterrad übertragene Drehmoment und die übertragene Drehzahl
zu reduzieren, bis das Lüfterrad bei höheren Geschwindigkeiten praktisch ohne Leistungsaufnahme
umläuft.
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Die erfindungsgemäße Kupplung ist dadurch gekennzeichnet daß sie in
für Zahnradpumpen mit einem Hohlrad bekannter Weise nur ein Innenrad aufweist, dessen
Kopfkreisdurchmesser höchstens gleich dem um eine Zahnhöhe vergrößerten Kopfkreisdurchmesser
des Hohlrades ist, und daß der Flüssigkeitseinlaß und der Flüssigkeitsauslaß über
das Drosselventil kurzgeschlossen sind.
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Wie bereits oben dargelegt, läßt sich eine derartige Pumpe mit geringen
Abmessungen bauen, so daß sie selbst für den oben dargelegten, bevorzugten Zweck
der Kupplung zwischen Lüfterrad und Lüfterradantrieb bei Kraftfahrzeugvmotoren geeignet
ist. Es gibt mehrere Möglichkeiten für die Verbindung des Einlasses und des Auslasses.
So kann z.B. das Hohlrad mit Radialbohrungen in den Zahnlücken versehen sein und
in einem Gehäuse, welches fest mit der das Innenrad exzentrisch tragenden Welle
verbunden ist, der Kurzschlußkanal angeordnet sein, dessen Mündungen dann in der
äußeren radialen
Lagerfläche für das Hohlrad vorgesehen sind. Das
Drosselventil ist dann im Kurzschlußkanal angeordnet. Eine andere Möglichkeit besteht
darin, daß man den Kurzschlußkanal in einer der beiden Stirnwandungen, welche den
Raum zwischen den beiden Zahnrädern abschließen, in der für derartige Zahnradpumpen
üblichen Weise anordnet und im Kanal wiederum das Drosselventil0 Bevorzugt wird
jedoch, daß der Einlaß und der Auslaß von den Mündungen eines die Innenradwelle
durchsetzenden Kanals gebildet werden, die mit dem Raum zwischen den Zähnen der
Zahnräder in Verbindung stehen.
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Die Mündungen dieses Kanals können auch beispielsweise von einer Axialseite
her in den Raum zwischen den beiden Zahnrädern an den entsprechenden, für derartige
Zahnradpumpen bekannten Stellen münden. Bevorzugt bestehen jedoch die Kanalmündungen
mit dem Raum zwischen den Zähnen der Zahnräder über Radialbohrungen in Verbindung,
die sich vom Grund der Zahnlücken des Innenrades zur Lagerbohrung des Innenrades
erstrecken, mit welcher dieses auf einem Exzentersder es tragenden Welle drehbar
gelagert ist.
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Die bevorzugte Ausführung des Drosselventils besteht in einem axial
in der Innenradwelle verschiebbaren Schieber,
der zwischen einer
den Kanal mindestens zum größten Teil, vorzugsweise ganz sperrenden Lage und einer
den Kanal mindestens zum größten Teil, vorzugsweise ganz freigebenden Lage verschiebbar
ist. Auf diese Weise ist die Regelung sehr einfach möglich.
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Bevorzugt ist das getriebene Rad das Hohlrad und der Abtrieb erfolgt
über die das Innenrad tragende Exzenterwelle. Das hat den Vorteil, daß eine bessere
Abdichtung auf der Druckseite erfolgt.
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Im Prinzip können gemäß Erfindung auch Zahnradpaarungen verwendet
werden bei welchen der Kopfkreisdurchmesser des Innenrades gleich dem um eine Zahnhöhe
vergrößerten Kopfkreisdurchmesser des Hohlrades ist Zahnradpumpen mit derartigen
Verzahnungen sind bekannt. Bei ihnen hat das Außenrad in der Regel kreisbogenförmige
Zähne. Bevorzugt wird gemäß Erfindung, daß der Kopfkreisdurchmesser des Innenrades
wesentlich lcleiner ist als der um eine Zahnhöhe vergrößerte Kopfkreisdurchmesser
des Hohlrades, aber größer als der Kopfkreisdurchmesser des Hohlrades. Das erlaubt
eine einwandfreie Dichtung von Zahnflanke zu Zahnflanke an den beiden dem Berührungspunkt
der Rollkreise von Hohlrad und Innenrad abgewandten Dichtungsstellenauch bei hohem
Druck. In diesem Fall befinden sich auch die Ein- und Auslaßöffnungen in den Bereichen
zwischen
den genannten Dichtungsstellen und dem genannten Berührungspunkt, Bei der bevorzugten
Anwendung der Erfindung ist der Ventilschieber vorzugsweise von einem zwischen der
Kupplung und dem Kühler vorgesehenen, sich bei Erwärmung ausdehnenden glied betätigbar.
Am einfachsten wird die KonstruktionS wenn der verschiebbare Teil des sich ausdehnenden
Gliedes zugleich der Drosselschieber ist.
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Das sich unter Erwärmung ausdehnende Glied ist vorteilhaft ein seine
Länge ändernder Dehnstoffregler, wie er für die Regelung von Kupplungen zwischen
Lüfter und LAfterradanbieb von Kraftwagenmotoren bekannt ist.
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Die Lüfternabe besitzt vprteilhaft Durchbrechungen für den Durchlaß
eines die Kupplung kühlenden Luftstromes.
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Das ist die einfachste Art der Vermeidung einer über mäßigen Erwärmung
durch Flüssigkeitsreibung in der Kupplung.
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Nachfolgend ist anhand der schematischen Fig. 1 und 2 die bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung als erläuterndes Beispiel beschrieben. Fig. 3 bis
6 der Zeichnungen zeigen schematisch abweichende Ausführungsformen der wesentlichen
Teile der erfindungsgemäßen Kupplung.
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Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch eine Lüfterrad-Kupplung gemäß
Erfindung für einen Kraftfahrzeu-gmotor.
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Fig. 2 zeigt schematisch den Schnitt durch die funktionell wesentlichen
Teile der Lüfterradkupplung gemäß Fig. 1 gemäß der Linie II-II aus Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt schematisch einen Axialschnitt durch ein anderes Ausführungsprinzip
der Kupplung gemäß Erfindung.
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Fig. 4 zeigt den Schnitt IV-IV aus Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsprinzip einer Kupplung
gemäß Erfindung.
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Fig. 6 zeigt den Schnitt VI-VI aus Fig. 5.
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Wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei dem dort gezeigten
Ausführungsbeispiel das Lüfterrad 1 mit der vom Motor in nicht dargestellter Weise
getragenen und über einen Keilriemen angetriebenen Keilriemenscheibe 2 über eine
Kupplung gemäß Erfindung verbunden.
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Das Gehäuse der Kupplung wird vom Hohlrad 3 mit der Innenverzahnung
4, der Keilriemenscheibe 2 und dem Lagerflansch 5 gebildete der mit der Keilriemenscheibe
2,
in der das Hohlrad 3 zentriert sitzt, mittels Spannschrauben 6 verbunden ist.
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In einer konzentrisch zur Keilriemenscheibenachse'2 verlaufenden Lagerbohrung
7 und einer konzentrisch zu dieser Lagerbohrung 7 verlaufenden Lagerbohrung 8 des
Lagerflansches ist eine Exzenterwelle 9 drehbar gelagert. Der Lagerring der Exzenterwelle
9 ist an seinem rechten Ende mit einem Deckel 10 abgedichtet. Die Exzenterwelle
istaxial von einer Scheibe 11 gehalten.
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An ihrem linken Ende trägt die Exzenterwelle 9 einen Flansch 12, der,
wie bei 13 angedeutet, mit der napfförmigen Nabe 14 des Lüftersl verschraubt ist.
In der Nabe 14 sind Löcher 15 für den Durchtritt eines KUhlluftstroms in den Bereich
der Kupplung vorgesehen.
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Im Bereich zwischen dem Lagerflansch 8 und der Keilriemenscheibe 2
ist die Exzenterwelle9, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit einem Exzenter versehen,
auf welchem das Innenrad 16, welches die Verzahnung 17 trägt, drehbar gelagert ist.
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Im Exzenter der Welle 9 sind zwei RadiLbohrungen 18 und 19 vorgesehen,
welche mit den Ein- und Auslaßbereichen 20 und 21 in Verbindung stehen. Die Ein-
und Ausißbereiche
stehen wiederum mit Radialbohrungen 22 in Verbindung,
die sich in jeder Zahnlücke des Innenrads erstrecken und dessen Innenfläche mit
dem Raum zwischen den Zehnrädern 3 und 16 verbinden. Die Bohrungen 18 und 19 stehen
über die Q=ialbohrung 23 miteinander in Verbindung. Aus später zu erläuternden Gründen
verläuft die Bohrung 23 axial zu den Lagerbohrungen 7 und 8.
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Wird bei der bisher beschriebenen Konstruktion die Riemenscheibe 2
angetrieben, so rotiert das Hohlrad 3.
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Wird der Lüfter festgehalten, so rotiert lediglich das Innenrad 16
um den Exzenter der Exzenterwelle 9. Die Kupplung wirkt ausschließlich als leerfördernde
Pumpe, welche Flüssigkeit von einer der Öffnungen 20 und 21 in die andere pumpt.
Das einzige, auf die Eizenterwelle wirkende Drehmoment ist durch den Widerstand
der.Bohrungen 18 und 19 verursacht, wenn man von sonstigen Druckverlusten absieht
Wird die Verbindung zwischen den Bohrungen 18 und 19 unterbrochen, so kann (wiederum,
wenn man son Spaltverlusten und Undichtigkeiten absieht) die Kupplung nicht mehr
als Pumpe wirken. Der Flüssigkeitsdruck ver hindert eine Drehung des Zahnrades 16
auf dem Excenter der Welle 9 und der Lüfter 1 wird mit der Drehzahl der Riemenscheibe
2 mitgenommen
Man kennt aus Obigem, daß bei entsprechender Drosselung
des Strömungsweges 20, 18, 19, 21 zwar auch noch das Lüfterrad 1 mitgenommen wird,
jedoch mit einem Schlupf, der bei nicht vorhandener Drosselung fast 100 % beträgt,
während er bei voller Drosselung einer vollständigen Mitnahme gleichkommt. Um diesen
Schlupf regeln zc k,,lcsn, ist in der Zentralbohrung 23 ein Ventilschieber 30 mit
einem DruckWsgleichsteller 30' vorgesehen, der von einem Dehnstoffregler 31 betätigt
wird. Der Dehnstoffregler besitzt ein Glied 32, welches bei Erwärmung aus dem Gehäuse
des Reglers 31 weiter herausgeschoben wird, bis es über den Schieber 30 den Strömungsweg
durch die Bohrungen 18, 19 so weit drosselt, daß der Schlupf zwischen Riemenscheibe
2 und Lüfterrad 1 so gering ist, daß' wiederum die Leistung des Lüfterrades so groß
ist, daß die durch den vor dem Lüfterrad angeordneten Kühler strömende Luft eine
ausreichende Kühlung des Kühlwassers bewirkt. Wird die Kühlleistung durch den Lüfter
zu groß, so wird der Regler 31 abgekühlt und der Dampfdruck im Raum jenseits der
Scheibe 30' drückt den Schieber 30 zurück. Das verringert die Drosselung im Kanal
18, 19,und der Lüfter läuft mit entsprechend größerem Schlupf, also langsamer.
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Die erfindungsgemEße Kupplung ist den bekannten Reibungskupplungen,
die dem gleichen Zweck dienen, weit überlegen, da sie vom Verschleiß von Reibbelägen
unabhängig
ist. Sie ist auch den bekannten Flüssigkeitsreibscheibenkupplungen
für LuNerräder überlegen, da diese auf Temperaturänderungen nur sehr träge ansprechen.
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Bei der in Fig.' 3 und 4 schematisch gezeigten Konstruktion trägt
die Welle 40 auf einer Scheibe 41 den Exzenter 42,auf welchem das Innenrad 43 drehbar
gelagert ist. Das Innenrad 43 kämmt mit dem Hohlrad 44, welches in einem Kragen
45 der Scheibe drehbar gelagert ist.
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Das Hohlrad 44 ist mit einer Scheibe 46 einstückig ausgebildet, welche
die Abtriebswelle 47 trägt. Auch hier können An- und Abtriebbvertauscht werden.
Das Hohlrad 44 ist mit Radialbohrungen 48 versehen, welche seine Zahnlücken mit
dem Außenumfang des Hohlrades 48 verbinden, Im Kragen 45 sind diese Ein- und Auslaßöffnungen
49 und 50, die durch den Kanal 51 verbunden sind, in dem das schematisch angedeutete
Drosselventil 52 liegt.
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Die in Fig. 5 und 6 gezeigte Konstruktion unterscheidet sich von der
Konstruktion nach Fig. 3 und 4 im wesentlichen lediglich dadurch, daß der Überströmkanal
61 in einer entsprechenden Verdickung der Scheibe 41 verläuft, in welcher auch die
Ein- und Auslaßöffnungen 69 und 70 vorgesehen sind. Dementsprechend entfällt bei
dieser Konstruktion der Kragen 45 der Scheibe 41.