DE2162480A1

DE2162480A1 - Hydraulische Kupplung

Info

Publication number: DE2162480A1
Application number: DE19712162480
Authority: DE
Inventors: Roland Paris Kusacsi
Original assignee: Francaise du Ferodo SA
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1970-12-16
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-07-06
Also published as: IT941622B; BE776778A; FR2118270A5; DE2162480C2

Description

"Hydraulische Kupplung" Priorität: 16. Dezember 19 70 - FRANKREICH

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Kupplung mit zwei halbringförmigen gleichachsigen Rädern, die einander gegenüberstehen, um einen Ringraum zu bilden, der zur Aufnahme eines Arbeitsmittels, beispielsweise öl, dient, wobei jedes der Räder innen mit Schaufeln versehen ist, welche in Zusammenwirkung mit dem Arbeitsmittel den hydraulischen Antrieb eines der Räder, welches das Turbinenrad bildet, durch das andere, welches das Pumpenrad bildet, ermöglicht.

Im Betrieb kann das Turbinenrad einen mehr oder weniger grossen Schluß gegenüber dem Pumpenrad haben. Dieser

209828/0653

Schlupf kann im Ruhezustand, d.h*, wenn sich das Turbinenrad im Stillstand befindet, bis 100 % betragen. Dagegen kann er bei der Betriebsdrehzahl, wenn sich die beiden Räder gemeinsam drehen, praktisch verschwinden. Es ist jedoch wünschenswert, daß das Drehmoment praktisch konstant bleibt, wenn sich der Schlupf von dem Wert 100 % bis zu einem nahe bei 0 liegenden Wert verändert* ;

Im allgemeinen wird diese günstige Bedingung nicht erfüllt und es läßt sich bei den herkömmlichen Kupplungen, deren Schaufeln den ganzen Ringraum einnehmen, oft eine Zunahme und dann eine Abnahme des Drehmoments beobachten, wenn sich der Schlupf von 100 % auf 0 % verändert.

Um eine Drehmomentbedingung zu erzielen, wurde vorgeschlagen, in dem Ringraum eine Abzweigkammer vorzusehen.

Die Erfindung ist im besonderen auf Kupplungen der letzterwähnten Art gerichtet, bei welchen die Schaufeln vor der Achse der Kupplung unterbrochen sind, so daß in dem Ringraum ein aktiver Umfangsteil vorhanden ist, der mit Schaufeln versehen ist, und ein mittiger, von Schaufeln freier Teil, welcher mittige Teil, der als Umleitkammer bezeichnet wird, pumpenradseitig durch einen Umlenkschirm begrenzt ist, der den Austritt der Arbeitsflüssigkeit aus

209828/0635

dieser Umleitkammer zum aktiven Teil so regelt, daß, wenn der Schlupf zwischen den !seiden Rädern gering ist, das ganze Arbeitsmittel sieh in dem aktiven Teil versammeln kann, während, wenn der Schlupf zwischen den beiden Rädern beträchtlich ist, ein Teil der Arbeitsflüssigkeit, der dem aktiven Teil entzogen wird, sich in der Umleitkammer unter der Regelung des ömlenkschirms aufhalten kann, der das Arbeitsmittel daran hindert, wieder in den aktiven Teil zu gelangen»

Mit solchen Kupplungen erhält man eine Drehmomentänderung in Abhängigkeit vom Schlupf, die verbessert ist, wobei jedoch trotzdem der Nachteil eines beträchtlichen Abfallens des Drehmoments besteht, wenn der Schlupf einen Wert von etwa 50 % hat.

Es wurde versucht, dieses Abfallen des Drehmoments durch Abänderungen der Form und der Abmessungen des Umlenkschirms für die Regelung des Austritts zu mildern, jedoch haben die verschiedenen in dieser Richtung bisher durchgeführten Versuche keine guten Ergebnisse geliefert.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer hydraulischen Kupplung der vorerwähnten Art, bei welcher der vorerwähnte Mangel beseitigt ist und unabhängig von dem

209828/0653

Schlupf ein im wesentlichen konstantes Drehmoment erzielt werden kann.

Eine erfindungsgemässe hydraulische Kupplung mit einer Umleitkammer unterscheidet sich dadurch, daß die Umleitkammer begrenzt ist, nicht nur pumpenradseitig durch den erwähnten Austrittsregel-Umlenkschirm, sondern auch turbinenradseitig durch einen Eintrittsregel-Umlenkschirm, der einen Vorsprung bildet, welcher sich zum Umfang erstreckt und dessen von der Achse am weitesten abgelegener Rand vorzugsweise einen Durchmesser hat, der kleiner als der Aussendurchmesser des Austrittsregel-Umlenkschirms ist.

Diese Anordnung ermöglicht eine wesentliche Verringerung des Abfallens des Drehmoments bei den mittleren Schlupfwerten und hat ausserdem zum Ergebnis, daß das Drehmoment ν or allem und unter anderem erhöht wird, wenn der Schlupf nahe bei 100 % liegt.

Diese verbesserten Leistungen dürften dem Umstand zuzuschreiben sein, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm in der Umleitkammer es mehr oder weniger, je nach den Betriebsbedingungen, d.h. in selbstmodulierender V/eise, ermöglicht, daß ein Teil des aus dem Turbinenrad stam-

209828/0653

menden Arbeitsmittels, der sonst in der Umleitkammer gehalten werden würde, unmittelbar den Schaufeln des Pumpenrades zugeführt wird.

Die Form und die Anordnung des Eintrittsregel-Umlenkschirms haben einen Einfluß auf die Leistungen. Im besonderen ist es erforderlich, daß der Aussendurchmesser des Eintrittsregel-Umlenkschirms kleiner als derjenige des Austrittsregel-Umlenkschirms ist, damit gute Ergebnisse erhalten werden, und es wurde festgestellt, daß die besten Ergebnisse bei einem bei etwa 85 % liegenden Wert erreicht werden.

Gewöhnlich erstreckt sich der Austrittsregel-Umlenkschirm bis in die Nähe der zwischen den beiden Rädern befindlichen Symmetrieebene der Kupplung. Wenn eine ähnliche Anordnung für den Eintrittsregelschirm vorgesehen werden würde, würden die Ergebnisse nicht zufriedenstellend sein, und es werden in der Praxis die besten Ergebnisse erhalten, wenn der Eintrittsregel-Umlenkschirm eine axiale Stellung in der Nähe der Mittelebene des Turbinenrades hat.

Vorzugsweise erstreckt sich der Eintrittsregel-Umlenkschirm nach aus sen in Form einer zur Achse der Kupplung senkrechten Ebene, und es läßt sich feststellen, daß sich

209828/0663

— ο —

die Leistungen sogar noch verbessern lassen, wenn er mit einem umgebogenen Rand bzw. Flansch versehen wird, der vor allem zylindrisch ist und sich seitlich, dem Pumpenrad entgegengesetzt, erstreckt. Es wird angenommen, daß dieser umgebogene Rand dazu beiträgt, einen Teil der Arbeitsflüssigkeit zurückzuhalten, indem er im geeignetsten Augenblick daran gehindert wird, von der Umleitungskammer aufgenommen zu werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Schirme mit den beiden Rädern fest verbunden, d.h. der Austrittsregelschirm mit dem Pumpenrad und der Eintrittsregel schirm mit dem Turbinenrad.

Die beiden Schirme können durch angebaute Teile gebildet werden, in welchem Falle sie vorteilhaft so angebracht werden, daß sie ausgewechselt werden können, damit gegebenenfalls das Turbinenrad als Pumpenrad verwendet werden kann und umgekehrt.

In Abänderung hiervon kann jeder Schirm aus einem Stück mit dem entsprechenden Rad hergestellt werden.

Nachfolgend werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und zwar zeigen:

209828/0653

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemässen hydraulischen Kupplung im Längsschnitt;

Fig. 2 in vergrössertem Maßstab eine Ansicht, welche die beiden Schirme der Kupplung zeigt;

Fig, 3 eine andere Ausführungsform, bei welcher die Schirme mit den Rädern aus einem Stück hergestellt sind, statt an ihnen angebracht zu sein;

Fig. 4 eine graphische Darstellung, welche die Leistung einer herkömmlichen Kupplung zeigt;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, welche die Leistungen einer anderen herkömmlichen Kupplung und einer erfindungsgemässen Kupplung zeigt«

Die in Fig· I gezeigte hydraulische Kupplung besitzt zwei gleichachsige halbringförmige Räder 10 und 11. Diese Räder liegen einander stirnseitig so gegenüber, daß sie einen Ringraum 12 bilden, der zur Aufnahme einer Arbeitsflüssxgkeit, beispielsweise öl, dient· Das Rad ist innen mit Schaufeln 13 versehen, während das Rad innen mit Schaufeln It versehen ist.

209828/0653

Bei dem dargestellten Beispiel ist das Rad 10 ein Pumpenrad, während das Rad 11 ein Turbinenrad ist.

Die Schaufeln 13 und 14 ermöglichen in Zusammenwirkung mit der Arbeitsflüssigkeit den hydraulischen Antrieb des Turbinenrades 11 durch das Pumpenrad 10.

Wie sich aus Fig. 1 und 2 ergibt, sind die Schaufeln 13 und 11 in der Nähe der Achse der Kupplung so ausgespart, daß in dem Ringraum 12 ein mit den Schaufeln 13 und 14 versehener Umfangsteil 12a und ein von Schaufeln 13 und

14 freier Mittelteil 12b erhalten wird.

Der Teil 12b, der als Umleitkammer bezeichnet wird, ist auf der Seite des Pumpenrades 10 durch einen Umlenkschirm

15 begrenzt, welcher den Austritt der Arbeitsflüssigkeit aus der Umleitkammer 12b zum aktiven Teil 12a regelt.

Der Schirm 15 wird durch einen ringförmigen Teil gebildet, der bei 16 an dem Rad 10 befestigt ist. Der Schirm 15 erstreckt sich schräg zum Umfang und zum Turbinenrad 11. Sein Aussenumfang 17 ist der Symmetrieebene P der Kupplung zwischen den beiden Rädern 10 und 11 benachbart.

Erfindungsgemäß ist die Umleitkammer 12b nicht nur auf der

209828/0653

Seite des Pumpenrades 10 durch den Austrittsrege1-Umlenkschirm 15 begrenzt, sondern auch auf der Seite . des Turbinenrades 11 durch einenEintrittsregel-Umlenkschirm 18, (Fig. 1 und 2).

Der Schirm 18 bildet einen ringförmigen Vorsprung, der sich radial zum Umfang erstreckt und eine Aussenkontur 19 hat, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Aussenkontur 17 des Austrittsregel-Umlenkschirms 15 ist. Im besonderen beträgt der Durchmesser der Aussenkontur bzw» des Umfanges 19 etwa 85 % des Durchmessers der Aussenkontur bzw. des Umfangs 17, Wie ersichtlich, ist der Schirm 18 axial in der Nähe der Mittelebene P¹ des Pumpenrades 11 angeordnet.

Bei dem in Fig« 1 und 2 dargestellten Beispiel wird der Umlenkregelschirm 18 durch einen angebauten Teil gebildet, der bei 20 an dem Turbinenrad 11 befestigt ist. Er besitzt einerseits einen Hauptteil 21, der sich in Form einer zur Achse der Kupplung senkrechten Ebene nach aussen erstreckt, und andererseits einen Hilfsteil 22, welcher die Form eines kleinen zylindrischen umgebogenen Randes hat, der sich seitlich, dem Pumpenrad 10 entgegengesetzt, erstreckt.

20982 8/0653

Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Schirme 15 und 18 auf den Rädern 10 und 12 so befestigt, daß sie ausgetauscht werden können, damit im Bedarfsfalle das Rad 10 als Turbinenrad und das Rad 11 als Pumpenrad verwendet, werden kann. Für diesen Zweck sind die Befestigungsmittel 16 und 20, beispielsweise Schrauben, auf dem gleichen Durchmesser angeordnet und auswechselbar.

Es wird nun auf die graphischen Darstellungen der Fig, und 5 Bezug genommen, in welchen auf der Abszisse Ox der Schlupf, d.h. der Drehzahlunterschied zwischen dem Turbinenrad 11 und dem Pumpenrad 10, und in der Ordinate Oy das Drehmoment aufgetragen ist.

Die Ordinatenachse Oy entspricht dem maximalen Schlupf von 100 %, d.h. dem Stillstand, wenn das Turbinenrad P festgehalten ist. Der Punkt A auf der Abszissenachse Ox entspricht dem Betrieb mit dem Schlupf Null, d.h., wenn sich die beiden Räder 10 und 11 gemeinsam drehen.

In Fig. 4 ist eine Kurve C dargestellt, die der Drehmomentänderung in Abhängigkeit vom Schlupf entspricht, wenn es sich bei der Kupplung um eine Bauart handelt, bei welcher die Schaufeln 13 und IH den gesamten Ring-

209828/0653

raum 12 einnehmen, d,h· wenn keine UmIe it kanuner 12b vorhanden ist. Wie ersichtlich, steigt die Kurve C zuerst an und zeigt dann ein Abnehmen des Drehmoments mit einem maximalen Bereich M, der einem Schlupf von annähernd 40 % entspricht·

Diese Kurve C ist nicht zufriedenstellend, da sie wesentlich von der erwünschten Bedingung abweicht, gemäß welcher das Drehmoment unabhängig von dem Schlupf im wesentlichen konstant bleibt und dies bis nahezu zu einem Schlupf Null.

Zur Verbesserung der Kurve ist die Umleitkammer 12b vorgesehen. In Fig. 5 ist mit Cl die Kurve bezeichnet, die erhalten wird, wenn die in Fig. 1 dargestellte Kupplung jedoch ohne den erfindungsgemässen Schirm 18 verwendet wird.

Die Kurve Cl ist günstiger als die Kurve C, weist jedoch den Mangel auf, daß sie in einem Bereich, der dem benachbart ist, welcher einem Schlupf von 50 % entspricht, bei ml beträchtlich absinkt·

Wenn die in Fig. 1 dargestellte Kupplung mit einem erfindungsgemässen Schirm 18 ausgerüstet ist, erhält man die ebenfalls in Fig. 5 dargestellte Kurve C2. Wie ersichtlich, ist die Kurve C2 besser als die Kurve Cl, da

209828/0653

sich das erwähnte Absinken von ml auf m2 gemildert hat und sich die Kurve C2 daher einer Kurve mit konstantem Drehmoment annähert.

Ausserdem liegt die Kurve C2 wesentlich über der Kurve Cl, was bei im übrigen gleichen Bedingungen einem Drehmomentzuwachs entspricht«

P Die auf diese Weise erhaltenen günstigen Leistungen sind

durch den Eintrittsregel-Umlenkschirm 18 bedingt. Durchgeführte Versuche lassen die Annahme zu, daß ein Teil des Arbeitsmittels, das sich im Turbinenrad 11 befindet, statt von der Umleitkammer 12b aufgenommen zu werden, durch den Schirm 18 zum aktiven Teil 12a auf der Seite der Schaufeln 13 zurückgeführt wird. Es wird ferner angenommen, daß ein Teil des Arbeitsmittels durch den Schirm 18 auf der Seite des Turbinenrades 11 zurückgehalten wird und

fc daß diese Zurückhaitewirkung durch den umgebogenen Rand

22 verstärkt wird.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausfuhrungsbeispie1 werden die Schirme 15 und 18 durch angebaute Teile gebildet.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht

209828/0653

der mit 15' bezeichnete Austrittsrege1-Umlenkschirm aus einem Stück mit dem Pumpenrad 10, während der Eintrittsregel-Umlenkschirm 18' aus einem Stück mit dem Turbinenrad 11 besteht. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, ist der Schirm 18' ohne einen dem Rand 22 entsprechenden umgebogenen Rand ausgebildet.

Wie vor ermöglicht der Schirm 18' unter sonst gleichen Bedingungen eine wesentliche Verbesserung der Leistungen der Kupplung.

Gemäß einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Eintrittsregel-Umlenkschirm mit mindestens einem Querkanal versehen.

Patentansprüche:

2 0 9 8 2 8 / 0 f> 5 J

Claims

tentansprüche :

ΓIJ Hydraulische Kupplung mit zwei halbringförmigen gleichachsigen Rädern, die einander stirnseitig gegenüberliegen, um einen Ringraum zur Aufnahme einer Arbeitsflüssigkeit zu bilden, wobei jedes dieser Bäder innen mit Schaufeln versehen ist, welche in Zusammenwirkung mit der Arbeitsflüssigkeit den hydraulischen Antrieb eines der Räder, welches das Turbinenrad bildet, durch das andere, welches das Pumpenrad bildet, zu ermöglichen, bei welcher Kupplung die Schaufeln vor der Kupplungsachse so unterbrochen sind, daß in dem erwähnten Ringraum ein aktiver Umfangsteil, welcher mit Schaufeln versehen ist, und ein mittiger, von Schaufeln freier Teil erhalten wird, welcher mittige Teil, der als Umleitkammer bezeichnet wird, pumpenradseitig durch einen Umlenkschirm begrenzt wird, welcher den Austritt der Arbeitsflüssigkeit aus der Umleitkammer zum aktiven Teil so regelt, daß, wenn der Schlupf zwischen den beiden Rädern gering ist, sich die ganze Arbeitsflüssigkeit in dem aktiven Teil versammeln kann, während wenn der Schlupf zwischen den beiden Rädern groß ist, ein Teil der Arbeite-

9828/0653

-IS-

flüssigkeit, welcher dem aktiven Teil entzogen wird, sich in der UmIeitkammer unter der Regelung des Umlenkschirms aufhalten kann, der es daran hindert, wieder in den aktiven Teil zu gelangen, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitkammer (12b) begrenzt ist nicht nur auf der Seite des Pumpenrades (10) durch den Austrittsregel-Umlenkschirm (15), sondern auch auf der Seite des Turbinenrades (11) durch einen Eintrittsregel-Umlenkschirm (18), der einen sich zum Umfang erstreckenden Vorsprung bildet.

2, Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) sich in der Umf angsrichtung gpnz um die Achse der Kupplung herum erstreckt.

3, Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) mindestens einen Querkanal aufweist.

4, HydraulischeKupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Eintrittsregel-Umlenkschirms

209828/0653

(18), der der Achse der Kupplung am weitesten abgelegen ist, sich auf einem Durchmesser der letzteren befindet, der kleiner als der Aussendurchmesser des Austrittsregel-Umlenkschirms (15) ist.

5. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand des Regelumlenkschirms, der von der Kupplungsachse am weitesten abgelegen ist, sich auf einem Durchmesser derselben befindet, der zumindest gleich etwa 70 % des Aus sendurchme s ser s des Austrittsregel-Umlenkschirms (15) ist und vorzugsweise etwa 85 % dieses Durchmessers beträgt.

6. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) axial in der Nähe der Mittelebene des Turbinenrades (11) angeordnet ist.

7. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) eben ist und sich zum Umfang der Kupplung senkrecht zur Achse der letzteren erstreckt.

209828/0653

8. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) am Umfang einen Rand (22) auf-? weist, der sich seitlich erstreckt,

9. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebogene Rand (22) zylindrisch ist.

10. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der umgebogene Rand (22) sich seitlich entgegengesetzt dem Pumpenrad (10) erstreckt.

11. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18') aus einem Stück mit dem Turbinenrad (11) besteht.

12. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregel-Umlenkschirm (18) durch einen am Turbinenrad (11) angebrachten Teil gebildet wird.

209828/0653

13. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 12, bei welcher der Austrittsregel-Umlenkschirm durch einen am Pumpenrad befestigten Teil gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schirme (15, 18) auf den Rädern so angeordnet sind, daß sie ausgewechselt werden können, damit das Pumpenrad als Turbinenrad verwendet werden kann und umgekehrt.

14. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsregelschirm (180 aus einem Stück mit dem Turbinenrad (11) geformt ist·

Für: SOCIETE ANONYME FRANCAISE DU FERODO

MIlIfIAMVXLIl

M ΊΝ». H «HO», DlPL-INa. H. »OH» OtPHMG. « ITAiGM

209828/065 3