DE2305540A1 - Ventilgesteuerte hydraulische kupplung - Google Patents
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Description
FreUigratretraüe 19 τ\ t I I O U B U Eisenacher StraBe 17
DilI R H Bh
8000 München 40,
τ\ t ~ I I ~ ~ O U B a U » Eisenacher StraBe
1« Dipl.-Ing. R. H. Bahr ρλ-απ*.Beizier
51014 Dipl.-Ing. W. Herrmann-Trentepohi ^3013
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Ventilgesteuerte hydraulische Kupplung
Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an hydraulischen Kupplungen bestehend aus einem Pumpenelement und
einem Turbinenelement, die manchmal auch als Leitrad und Laufrad bezeichnet werden und jeweils mit mehreren radial
verlaufenden, Wirbel erzeugenden Schaufeln versehen sind.
Das Innere der Elemente bildet eine toroidförmige Arbeitskammer,
die eine gewisse Menge an Arbeitsflüssigkeit, gewöhnlich ein öl, enthält. Die beiden Elemente sind für die
Übertragung des Drehmoments zwischen ihnen durch Flüssigkeitswirbel miteinander gekuppelt, die sich in der Arbeitskammer
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zwischen den Schaufeln ausbilden.
Insbesondere richtet sich die Erfindung auf Kupplungen, in welchen Einrichtungen vorgesehen sind, um das Ausmaß
der Füllung der Arbeitskammer zu ändern und damit auch das Drehmoment und die Kraftübertragungsleistung der Kupplung.
Hydraulische Kupplungen verwendet man allgemein in Kraftübertragungssystemen
zwischen einem Antriebsmotor, beispielsweise einer Brennkraftmaschine oder einem Elektromotor, und
einem durch den Antriebsmotor anzutreibenden Verbraucher, beispielsweise ein Fahrzeug. Im Idealfall ist das von der
Kupplung übertragene Drehmoment vernachlässigbar, wenn der Antriebsmotor mit Leerlaufgeschwindigkeiten läuft und steigt,
glatt und allmählich bis auf ein Maximum, wenn der Antriebsmotor seinen vorbestimmten optimalen Geschwindigkeitsbereich
erreicht.
Hauptgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer
neuartigen hydraulischen Kupplung der oben angegebenen Art, in der das Drehmoment und die Kraftübertragungsleistung gesteuert
werden können.
Insbes. richtet sich die Erfindung auf eine neuartige hydraulische
Kupplung mit Ventileinrichtungen, die die Füllung der Arbeitskammemder Kupplung steuern, damit auch das Drehmoment
und die Kraftübertragungsleistung der Kupplung.
Die erfindungsgemäße hydraulische Kupplung enthält radial mit Schaufeln versehene Pumpen- und Turbinenelemente, die
zusammen eine toroidförmige Arbeitskammer bilden, eine innerhalb des Pumpenelementes drehbare Vorratskammer, Flüssigkeitskanäle am radial außenliegenden Teil der Arbeitskammer,
damit im offenen Zustand das Arbeitsmedium von der Arbeitskammer in die Vorratskammer fließen kann, erste Ventilein-
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richtungen einschließlich eines ringförmigen Ventilgliedes, das innerhalb der Pumpenkammer beweglich und für eine axiale
Bewegung relativ zum Pumpenglied montiert ist, um diese Flüssigkeitskanäle zu öffnen und zu schließen, und Aufnahmevorrichtungen,
die zwischen der Vorratskammer und der Arbeitskammer arbeiten, um die Flüssigkeit zur Arbeitskammer zurückzuführen,
wobei diese Aufnahmevorrichtungen zweite Ventileinrichtungen aufweisen, die beim Betrieb der ersten Ventileinrichtung
arbeiten, um den Rücklauf der Arbeitsflüssigkeit zur Arbeitskammer wenigstens zu vermindern und damit das Drehmoment
und die Kraftübertragungsleistung der Kupplung reduzieren.
Eine hydraulische Kupplung und ein hydraulischer Kupplungsdrehmomentwandler
als bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sollen im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme
auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert werden.
Die Zeichnungen zeigeji. in
Fig. 1 einen Querschnitt durch den oberen Teil nur der hydraulischen Kupplung im wesentlichen längs der
Längsachse derselben, wobei die ersten Ventileinrichtungen in geschlossenem Zustand und die zweiten
Ventileinrichtungen im offenen Zustand zu erkennen sind;
Fig. 2 einen ähnlichen Querschnitt durch einen Teil der Ausführungsform nach Fig. 1, wobei sich die ersten
Ventileinrichtungen im offenen Zustand und die zweiten Ventileinrichtungen im geschlossenen Zustand
befinden;
Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1 zur Wiedergabe einer Einzelheit einer Aufnahmevor-
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richtung der Kupplung in dem Vorratsabteil; und in
Fig. 4 einen der Fig. 1 ähnlichen Querschnitt durch den
hydraulischen Kupplungsdrehmomentwandler, bei dem es sich um eine Druckdichteeinrichtung handelt.
Die hydraulische Kupplung nach den Fig. 1-3 eignet sich
insbes. zur Anwendung an Brennkraftmaschinen als Leistungsquelle für Kraftfahrzeuge, wobei die Kupplung zwischen einer
zwischen Maschine und Leistungseingangswelle eines Geschwindigkeitswechselgetriebes
eingesetzte veränderliche Kupplung ausgebildet ist.
Die Kupplung enthält ein kräftiges äußeres Gehäuse 10, welches beispielsweise durch nicht gezeichnete Schrauben
mit dem nicht gezeichneten äußeren Gehäuse der Maschine verbunden ist. Ein angetriebenes Ausgangsglied der Maschine,
beispielsweise das Schwungrad 11 auf der Maschinenkurbelwelle 12 ist an über den Umfang verteilten Narben 13 durch
Schrauben 14 angebracht, wobei die Narben wiederum an einem ersten ringförmigen Pumpenvorratsbehälter befestigt sind,
der durch die Wandungen 15 - 18 gebildet wird. Die Wandungen 16 - 18 bilden außerdem das Pumpenelementgehäuse mit einer
Vielzahl von sich radial erstreckender Schaufeln 19. Das Pumpenelement ist mit einer Ringnarbe 20 verbunden, die
durch Rollenlager 21 und ein Axialdrucklager 22 auf dem benachbarten Ende einer Ausgangswelle 23 montiert ist, die
das Turbinenelement trägt. Eine Abschlußkappe 24 ist an der Narbe 20 befestigt.
Ein zweiter ringförmiger Pumpenvorratsbehälter ist durch eine Verlängerung der Wandung 1.5» eine axiale Wandung 25
und eine radiale Wandung 26 gebildet, wobei die zuletzt genannte Wandung in einer umlaufenden Dichtung 27 endet,
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die mit einer Ringnarbe 28 in Eingriff steht, welche starr mit dem Gehäuse 10 verbunden und durch ein Walzen- oder
Rollenlager 29 auf der Welle 23 montiert ist. Ein im allgemeinen scheibenförmiges Ventilglfed 30 ist auf einer axialen
Verlängerung der Wandung 16 montiert und endet an seinem radial innersten Ende in einer Umlaufdichtung 31, die mit
einer Ringnarbe 32 in Eingriff steht, welche um die Narbe 28 montiert und sowohl axial als auch in Umfangsrichtung
dazu beweglich ist. An Jedem Ende der Narbe 32 sind zwischen der Narbe 32 und der Narbe 28 Umlaufdichtungen 33 vorgesehen.
Die Narbe 32 und ein anderes scheibenförmiges starr an ihr und axial mit ihr beweglich montiertes Speichenglied 34 bilden
ein gemeinsames Ventilbetätigungsglied einer ersten Ventileinrichtung, die von den Scheibengliedern 30 und'34 gebildet
wird, und eine zweite Ventileinrichtung, die von den Narben 28 und 32 gebildet ist.
Der radial am. weitesten außen liegende Teil 34a Jeder Speiche des Gliedes 34 ist so geformt, daß er genau mit dem entsprechenden
Ringteil 30a des Gliedes 30 übereinstimmt, das mit einer Vielzahl von über den Umfang in gleichem Abstand
angeordneten Ventilöffnungen 30b versehen ist, die durch den Teil 34a geschlossen sind, wenn sich dieser in der in Fig.
wiedergegebenen Axialstellung befindet. Steht die Narbe 32 in der in Fig. 1 wiedergegebenen Axialstellung, dann verbindet
ein Kanal 35 zwei Kanäle 36 in der Narbe 28 zur Öffnung der zweiten Ventileinrichtung und erlaubt die Strömung
der Flüssigkeit vom zweiten Behälter über ein Schaufelrohr 37 zurück in die Arbeitskammer. Führungsstifte 38 an dem
Speichenteil 34a gleiten in Öffnungen im Teil 30a, um die Teile in Flucht zu halten.
Die gewünschte Axialbewegung des gemeinsamen Ventilgliedes erfolgt gegen den Druck der Flüssigkeit in der Arbeitskammer
und gegen den Druck einer Feder 39 mit Hilfe einer Vielzahl
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von über den Umfang im Abstand angeordneten Stoßstangen 40, die durch einen Bund 41 beweglich sind, der auf der Narbe
28 angeordnet ist. Der Bund wird wiederum gegen die Kraft der Rückholfeder 42 mit Hilfe eines Joches 43 bewegt, das
schwenkbar auf dem Gehäuse 10 bei 44 montiert und durch eine Stange 45 mit einem Betätigungsfußpedal 46 verbunden ist,
das bei 47 am Fahrzeug schwenkbar gelagert ist. Die Stoßstangen 40 tragen einen Ring 48, der mit einem mit ihm zusammenwirkenden
Ring 49 auf der Narbe 32 über eine Vielzahl von Walzen 50 in Eingriff steht.
Das Turbinenelement wird durch ein Ringscheibenglied 51 gebildet, das mit Hilfe einer Narbe 52 auf der Welle 23 montiert
ist und mit ihr umlaufen kann und außerdem radial vorstehende Schaufeln 53 aufweist. Ein Ablaßrohr 54 erstreckt sich von
der Narbe 20 zu einer vorbestimmten Stelle in der Arbeitskammer, wie weiter unten noch näher erläutert werden wird,
wobei das radial innen liegende Ende des Rohres mit der umgebenden
Atmosphäre über einen sich radial nach außen erstreckenden Kanal 55 in Verbindung steht, der ein durch Zentrifugalkraft
betätigbares Kugelventil 55a enthält. Das Pumpenelement
umfaßt eine Vielzahl radial nach einwärts gerichteter Öffnungen 56 für die Zuführung von Flüssigkeit aus der Arbeitskammer
zum ersten Behälter und eine Vielzahl radial auswärts angeordneter Öffnungen 57 für die Rückkehr der Flüssigkeit
vom ersten Behälter zum Arbeitskreis. In der Wandung des Turbinenelements sind Öffnungen 58 vorgesehen, die später
noch näher zu erörternden Zwecken dienen.
Wenn die Ausgangswelle 23 mit einer Geschwindigkeit umläuft, die ausreicht, um den üblichen Schlupf von 1-2% zwischen
Pumpenelement und Turbinenelement hervorzurufen, dann nehmen
in Betrieb die Wirbel den Querschnitt in der Arbeitskammer an, der durch die gestrichelte Linie 59 in Fig. 1 angedeutet
ist. Wie aus Fig. 1 ferner hervorgeht, ist die erste Ventil-
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einrichtung geschlossen, so daß soviel als möglich von der Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer gehalten wird und
die Kupplung mit maximalem Drehmoment und maximaler Kraftübertragungsleistung arbeitet. Jegliche Flüssigkeit, die
aus der Arbeitskammer in den zweiten Vorratsbehälter austritt, wird unmittelbar durch das Schaufelrohr 37 über die
offene zweite Ventileinrichtung zurückgeführt. Man erkennt aus Fig. 3, daß das Schaufelrohr mit entgegengesetzt gerichteten
Einlassen 60 versehen ist, so daß es in beiden Drehrichtungen der Vorrichtung arbeiten kann.
Wenn der Fahrzeugführer das Pedal 46 herunterdrückt, bewegt sich die Narbe 32 und gibt die ersten Ventilöffnungen 30b
frei, wobei die Arbeitsflüssigkeit durch Zentrifugalkraft aus der Arbeitskammer in den Vorratsbehälter austritt. Zur
gleichen Zeit wird die zweite Ventileinrichtung, die aus dem Schaufelrohr Flüssigkeit aufnimmt, geschlossen, so daß die
Menge an Flüssigkeit vermindert wird, die das Schaufelrohr in den Arbeitskreis zurückführen kann. Die Menge an Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer wird dadurch reduziert,
was gleichzeitig eine Reduktion des Drehmomentes und der Kraftübertragungsleistung der Kupplung bedeutet. Die Öffnung
der ersten Ventileinrichtung und das Schließen der zweiten Ventileinrichtung bei Bewegung des Pedals 46 und die darauf
folgende Bewegung der Narbe 32 sind so aufeinander bezogen
oder programmiert, daß jede gewünschte Drehmoment- und Kraftübertragungscharakteristik
für die Kupplung erreicht werden kann.
Falls das Turbinenelement relativ zum Pumpenelement abgedrosselt wird, dann werden die normalen Flüssigkeitswirbel
unterbrochen und die Arbeitsflüssigkeit fließt über die gesamte Innenoberfläche der Wandungen 18 und 51. Die öffnungen
56 beginnen unmittelbar Arbeitsflüssigkeit in die erste
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Drosselbehälterkammer zu fördern, so daß damit die Menge
der Flüssigkeit im Arbeitskreis reduziert wird. Flüssigkeit tritt außerdem aus dem Behälter in den Arbeitskreis über
die Öffnungen 57 zurück und man erreicht möglicherweise einen stabilen Zustand bei gefülltem Behälter. In diesem
Zustand reicht die Menge an Flüssigkeit, die im Arbeitskreis verbleibt, gerade aus, daß die Kupplung ausreichend
Drehmomente übertragen kann, so daß die Antriebsmaschine nicht abgewürgt wird, sondern ihren Lauf bei maximaler Drehmomentgeschwindigkeit
fortsetzen kann. Wird der Drosselzustand beseitigt, dann leert sich der Behälter automatisch
und die normalen Arbeitsbedingungen werden wieder hergestellt,
Die Durchflußkapazitäten der Öffnungen 56 und 57 sind derart,
daß während der Füllung des Behälters die Geschwindigkeiten der Strömung in bzw. aus dem Behälter derart sind, daß die
Kupplung maximales Drehmoment überträgt und die Maschine bei maximaler Drehmomentgeschwindigkeit zu arbeiten fortfährt,
wenn die Turbine gedrosselt ist.
Beim Abrutschen bewegt sich die Flüssigkeit in dem Raum zwischen der Elementenwandung 51 und dem Glied 30 in Richtung
der Narbe, wo sie in den Kanal 36 eintreten und zum Behälter über das Schaufelrohr 37 austreten kann. In diesem Falle ist
es nicht möglich, die Menge der Flüssigkeit zu steuern, die in der Arbeitskammer unter den Abrutsch- oder Überzugsbedingungen verbleibt.
Fig. 4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen hydraulischen Kupplungsdrehmomentwandler. Die stationären Schaufelteile
61 des Wandlerteiles sind bei dieser Ausführungsform auf einem scheibenförmigen Glied 62 montiert, das mit der
Narbe 28 starr ist, während eine Dichtung 63 zwischen den
Narben 28 und 52 vorgesehen ist. Jede Schaufel 19» 53 und
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ist mit entsprechenden Ringteilen 19a, 53a und 6ia versehen,
die zusammen einen Kernführungsring bilden, der den Aufbau und die Aufrechterhaltung der Kraftübertragungswirbel
unterstützt. Der Betrieb der Vorrichtung entspricht demjenigen der Kupplung nach den Figuren 1 bis 3, so daß
in dieser Hinsicht keine weitere Erörtanng erforderlich ist.
Bei dieser besonderen Ausführungsform ist ein stationäres Reaktionsglied wiedergegeben, jedoch ergibt sich die Anwendung
der Erfindung auf einen Wandler, in welchem das Reaktionsglied abwechselnd frei oder versperrt ist, für den Fachmann
von selbst.
Beispielsweise kann die Vorrichtung in einem Wandler verwendet werden, um eine schwere Belastung zu starten und wird
nur dann als Kupplung betätigt, wenn die Belastung ihre normale Arbeitsgeschwindigkeit erreicht hat. In einer solchen
Anordnung kann das Reaktionsglied an einen festen Teil des Gehäuses durch eine Überlaufkupplung angeschlossen sein.
Während des Anlaufens der Belastung sind die Innengeschwindigkeits- und Drehmomentsbedingungen derart, daß das Reaktionsglied durch die Kupplung versperrt ist und für den Betrieb
im Konvertersinn stationär bleibt. Erreicht die Belastung
ihre Arbeitsgeschwindigkeit, dann kann das Reaktionsglied frei umlaufen und die Vorrichtung arbeitet im Sinne einer
Kupplung, wobei die Ungenauigkeit infolge der Anwesenheit der Konverterschaufeln etc. akzeptiert wird.
Ein solcher Drehmomentwandler kann drucklos arbeiten, jedoch ist es allgemein üblich ihn mit einer Arbeitsflüssigkeit zu
betreiben, die durch eine getrennte Pumpe unter Druck gesetzt wird, da dadurch die Aufrechterhaltung der die Kraft übertragenden
Wirbel bei Vorhandensein der Reaktionskammer unterstützt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Unterdrucksetzung
mit Hilfe einer Zahnradpumpe 64 bewirkt, die beispielsweise von der Maschine angetrieben wird und Arbeitsflüssigkeit
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in das !Convert er innere aus den Auslassen über Leitungen 65,
eine umlaufende Kupplung 66, eine Bohrung 67 in der Welle 23 und ein steuerbares Ventil 68 fördert. Der Einlaß zur Pumpe
64 ist an das Konverterinnere über Leitungen 69, eine Bohrung
70 und ein Druckeinstellventil oder eine kalibrierte Öffnung
71 angeschlossen. Das Ventil 68 ist mit dem Fußpedal. 46 verbunden
und wird dadurch in die geschlossene Stellung bewegt, wenn das erste Ventil geöffnet und das zweite Ventil geschlossen
ist, so daß die Pumpe 64 keinen Versuch unternimmt, eine sich leerende Arbeitskammer unter Druck zu setzen. Ein Einwegventil
72 ist an jeder der vielen Bohrungen 73 vorgesehen, die den Kanal 36 mit dem Arbeitskammerinneren verbinden, um
das Eindrücken von Flüssigkeit in das Schaufelrohr 37 aus dem unter Druck gesetzten Kreis zu verhindern, wenn die Arbeitskammer
voll und der Behälter leer sind.
Patentansprüche;
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Claims (9)
- Patentansprücheή Hydraulische Kupplung mit mit radialen Schaufeln versehenen Pumpen- und Turbinenelementen, die zusammen eine toroidförmige Arbeitskammer bilden, mit einer mit dem Pumpenelement drehbaren Vorratskammer, mit Flüssigkeitskanälen im radial außen liegenden Teil der Arbeitskammer, die in geöffnetem Zustand eine Strömung der Arbeitsflüssigkeit aus der Arbeitskammer in die Vorratskammer ermöglichen, gekennzeichnet durch erste Ventileinrichtungen mit einem ringförmigen Ventilglied, das mit dem Pumpenglied beweglich und für eine axiale Bewegung relativ zum Pumpenglied so montiert ist, daß es die Flüssigkeitskanäle öffnet und schließt, und durch eine Aufnahmevorrichtung, die zwischen der Vorratskammer und der Arbeitskammer wirkt und Flüssigkeit in die Arbeitskammer zurückführt sowie zweite Ventileinrichtungen aufweist, die beim Betrieb der ersten Ventileinrichtung arbeiten und den Rücklauf der Arbeitsflüssigkeit in die Arbeitskammer wenigstens reduzieren und dabei das Drehmoment und die Kraftübertragungskapazität der Kupplung verringern.
- 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung aus zwei scheibenförmigen Gliedern besteht, die für eine relativ zueinander axiale Bewegung montiert sind und radial außen liegende Teile aufweisen, die eng miteinander übereinstimmen, wobei das eine der Glieder Ventilöffnungen im übereinstimmenden Teil aufweist, die durch den Eingriff der beiden Glieder miteinander309833/0431geschlossen werden.
- 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ventileinrichtung ein erstes scheibenförmiges Glied aufweist, das mit dem Pumpenelement verbunden und mit ihm drehbar ist und das Turbinenelement umgibt, und daß ein zweites scheibenförmiges Glied zwischen dem ersten scheibenförmigen Glied und dem Turbinenelement für die genannte axiale Bewegung auf das erste scheibenförmige Glied zu und von ihm weg vorgesehen ist, wobei die beiden scheibenförmigen Glieder radial außen liegende Teile aufweisen, die eng miteinander übereinstimmen, und das erste Glied Ventilöffnungen im übereinstimmenden Teil aufweist, die durch den anschlagenden Eingriff der übereinstimmenden Teile der beiden Glieder miteinander geschlossen werden.
- 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite scheibenförmige Glied mit Speichen versehen ist, die jeweils eine entsprechende Ventilöffnung im ersten scheibenförmigen Glied öffnen und schließen. .
- 5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ventileinrichtung eine erste auf der Kupplungsausgangswelle montierte Narbe aufweist, die die Aufnahmevorrichtung in Form eines Schaufelrohres trägt, das in die Behälterkammer vorragt, wobei eine zweite Narbe auf der ersten Narbe montiert ist und wenigstens ein Kanal durch sowohl die erste als auch die zweite Narbe führt und durch entsprechende Axialbewegung zwischen den Narben geöffnet und geschlossen wird.
- 6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch einen Drossel- oder Blockierungsbehälter, der mit dem Pumpenelement umläuft, durch radial nach309833/0431innen angeordnete Öffnungen aus der Arbeitskammer, die in den Drosselbehälter liefern und so angeordnet sind, daß sie Arbeitsflüssigkeit in den Drosselbehälter bei einem Drosselzustand des Turbinenelementes fördern, und durch radial außen angeordnete Öffnungen vom Drosselbehälter in die Arbeitskammer, wobei die Strömungskapazität der radial innen liegenden Öffnungen größer als diejenige der radial außen liegenden Öffnungen und die Kapazität des Drosselbehälters derart ist, daß genügend Arbeitsflüssigkeit in der Arbeitskammer verbleibt, um ein Drehmoment zu übertragen, das der Maschine das Arbeiten bei maximaler Drehmomentgeschwindigkeit erlaubt.
- 7. Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis der Strömungskapazität der radial innen liegenden Öffnungen zu der der radial außen liegenden Öffnungen derart gewählt ist, daß beim Aufbau einer Drossel- oder Stillstandsituation des Turbinenelementes die Kupplung vorübergehend mehr als das übliche Überlastungsdrehmoment überträgt, bevor sie sich auf einen stetigen Überlastungswert einstellt.
- 8. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Drehmomentwandler mit einem Reaktionsglied in der Arbeitskammer aufweist.
- 9. Kupplung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Pumpe, ein steuerbares Ventil, die Pumpe mit dem Inneren der Kupplung verbindende Kanäle zum Unterdrucksetzen über das steuerbare Ventil und durch Einrichtungen, die die erste Ventileinrichtung und die zweite Ventileinrichtung und das steuerbare Ventil verbinden, um das steuerbare Ventil zu schließen und dadurch die Unterdrucksetzung durch die Pumpe zu unterbinden, während die erste Ventileinrichtung geöffnet ist.309833/0431ι Λ ·. Leerseite
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