DE2528747A1 - Hydrodynamische stellkupplung - Google Patents

Description

ap/G J>löh Voith Turbo KG

:iennwort: "Gestufte Schöpfrohrgeschwindigkeit" Crailsheim

Hydrodynamische Stellkupplung

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Stellkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Hydrodynamische Stellkupplungen,

r°en Drehmomentkennlinien mit steigendem Drehzahlverhältnis stetig fallen, sind bekannt aus den VDI-Richtlinien VDI 2153, April 1974, Seite l8. Maßnahmen zur Erzielung des stetig fallenden Verlaufes der Kennlinien sind ebenfalls bekannt; z.B. kann im radial inneren Bereich des Arbeitsraumes ein Strömungshindernis vorgesehen werden (DT-PS 587 616).

Der Grund, weshalb das Einstellen unterschiedlicher Füllungsgrade im Arbeitsraum solcher Kupplungen nicht durch Verändern des zugeführten, sondern durch Verändern des abgeführten Arbeitsflüssigkeitsstromes erfolgt, liegt darin, daß bei der letzteren Methode die Wärmeabfuhr in allen Betriebszuständen besser gewährleistet ist.

Zum Verändern des abgeführten Arbeitsflüssigkeitsstromes wird bevorzugt, wie im Anspruch 1 angegeben, ein bewegliches Schöpfrohr verwendet;; jedoch betrifft die Erfindung grundsätzlich auch Stellkupplungen mit anderen Stelleinrichtungen, z.B. mit einer solchen gemäß DT-PS I OGC 974; dort ist auf einem Schaufelrad mit radialen Entleeröffnungen ein Ringschieber vorgesehen.

Eine Anlaufsteuereinrichtung zum. Betätigen der Stelleinrichtung (nämlich eines beweglichen Schöpfrohres) beim Anlauf des Turbinenschaufelrades ist bekannt aus der DT-PS 1 1?1 888, insbesondere Jig.5 bis 7. Das Schöpfrohr wird dort durch einen Hydraulikzylinder betätigt, dessen eine Koibenseite durch ein Druckmittel, und zwar ^r. richtung "Entleeren de^ Arbeitsraumes", und dessen andere KoI-,.enseite durch die Kraft einer Feder, und zwar in Richtung "Füllen

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des "rbeitsraumes", beaufschlagbar ist. Als Druckmittel ist die in der Zuführleitung befindliche Arbeitsflüssigkeit benutzt. Anstelle der Feder kann dort auch ein gewichtsbelasteter Hebel verwendet werden. Vor dem Beginn eines Anlaufvorganges, während also weder im Arbeitsraum noch in der Zuführleitung Arbeitsflüssigkeit vorhanden ist, befindet sich das Schöpfrohr in der Endstellung "Füllen des Arbeitsraumes". Beim Beginn der Zuführung der Arbeitsflüssigkeit gelangt ein Teil derselben in den Arbeitsraum, so daß der Anlaufvorgang beginnt; ein anderer Teil gelangt dagegen in den Hydraulikzylinder des Schöpfrohres, der dieses rasch in Richtung "Entleeren des Arbeitsraumes" bewegt, wonach durch ^ie Kraft der Feder oder des Gewixhtes ein zuerst allmähliches, dann rascheres Verstellen des Schöpfrohres in Richtung "Füllen des Arbeitsraumes" erfolgt. Auf diese Weise wird eine Verzögerung der Füllung des Arbeitsraumes und somit eine Verlängerung des Anlaufvorganges erzielt. Durch die während des Anlaufvorganges zunehmende Verstellgeschwindigkeit des Schöpfrohres wird versucht, das übertragene Drehmoment auf einem wenigstens angenähert konstanten Wert zu halten. Dies gelingt jedoch nur unzureichend. Dabei wirkt es auch häufig störend, daß beim Beginn des Anlauf-Vorganges ein Drehmomentstoß erfolgt, weil sich zu diesem Zeitpunkt das Schöpfrohr noch in der Endstellung "Füllen des Arbeitsraumes" befindet.

Um demgegenüber bessere Ergebnisse zu erzielen, ist es auch noch bekannt (DT-OS 24 38 132), eine Regeleinrichtung vorzusehen, durch die der Füllungsgrad solange stetig vergrößert wird, wie das übertra-Drehmoment unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, und durch die der Füllungsgrad unverändert gehalten wird, solange das übertragene Drehmoment nicht unterhalb des vorbestimmten Wertes liegt. Als Meßwert wird hierbei die von einem Elektromotor aufgenommene elektrische Stromstärke benutzt. Das Gestalten einer solchen Regeleinrichtung ist aber sehr schwierig, und zwar aufgrund der Tatsache, daß von den verschiedenen Drehmoment-Kennlinien (bei unterschiedlichen Füllungsgraden) einige verhältnismäßig flach, einige zunächst flach, dann steil und schließlich wieder flach und einige durchweg sehr steil abfallen. Dies erfordert jedenfalls eine sehr aufwendige Regeleinrichtung.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Stellkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches l anzugeben, bei der der Anlaufvorgang mit einfachen Mitteln derart gesteuert werden kann, daß das übertragene Drehmoment mit Sicherheit aul beliebig einstellbare und über der Zeit möglichst konstante Werte begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Geschwindigkeit des Verstellens der Stelleinrichtung, z.B. des Schöpfrohres, während eines Anlauf Vorganges durchaus nicht stetig zunehmen ΊπαΒ7~ um das übertragene Drehmoment auf einem wenigstens angenähert konstanten Wert zu halten. Wenn man vielmehr bei einer vorgegebenen Stellkupplung aus deren Kennlinienfeld für ein bestimmtes, beim Anfahrvorgang übertragbares Drehmoment eine ideale Kurve z.B. der Schöpfrohrstellung in Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis ermittelt hat, so ist es durchaus möglich, diese ideale Kurve durch aneinander anschließende gerade Linienstücke zu ersetzen. Man unterteilt hierdurch den Anlaufvorgang in verschiedene Abschnitte und sorgt dafür, daß in jedem einzelnen Abschnitt die Verstellgeschwindigkeit etwa gleich bleibt, jedoch beim Übergang von einem Abschnitt zu einem anderen stufenweise zunimmt. Da jeder Grenze zwischen zwei Abschnitten eine bestimmte Schöpfrohrsteilung zugeordnet ist, braucht also bei der praktischen Verwirklichung dieses Lösungsprinzips nur dafür gesorgt zu werden, daß bei dieser Schöpfrohrsteilung der zum Verstellen des Schöpfrohres dienende Antrieb auf eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit umgestellt wird. Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip ist also mit anderen V/orten dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellgeschwindigkeit abschnittsweise in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Weg der Stelleinrichtung erhöht wird.

Es war hierbei für den Fachmann nicht ohne weiteres vorhersehbar, daß schon ein Unterteilen des Verstellweges in etwa drei bis fünf Abschnitte völlig ausreicht, um das übertragbare Drehmoment hinreichend

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genau konstanthalten zu können. Dadurch wird der Aufwand für die Anlaufsteuereinrichtung außerordentlich gering. Vor allem aber ist durch die Erfindung eine hohe Anpassungsfähigkeit der Anlaufsteuereinrichtung erzielt worden, da man die Länge jedes der genannten Abschnitte und außerdem die Verstellgeschwindigkeit innerhalb jeden Abschnittes mit einfachen Mitteln verändern kann. Es ist hierdurch in vielen Anwendungsfällen möglich, ohne eine Regeleinrichtung für das übertragene Drehmoment auszukommen.

Es wäre an sich auch denkbar, die gestellte Aufgabe dadurch zu lösen, daß man während des Anlaufvorganges die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung zum Verstellen der Stelleinrichtung (z.B. des Schöpfrohres) kontinuierlich zunehmen läßt, und zwar nach Maßgabe der ermittelten idealen Kurve der Schöpfrohrsteilung über dem Drehzahlverhältnis. Dies könnte z.B. bei einem Antrieb des Schöpfrohres durch einen Hydraulikzylinder dadurch verwirklicht werden, daß die Druckölzufuhr zu dem Hydraulikzylinder abhängig von der Schöp'frohrstellung mehr oder weniger gedrosselt wird. Hierbei ist aber eine Anpassung an unterschiedliche Idealkurven nur schwer durchführbar.

Das erfindungsgemäße Lösungsprinzip kann bei recht unterschiedlich ausgeführten Stelleinrichtungen (z.B. Schöpfrohr, schiebergesteuerte Entleer öffnungen od. dgl.,) und ebenso bei unterschiedlichen Antrieben für diese (z.B. Hydraulikzylinder, Elektromotor od. dgl.) verwirklicht werden. Handelt es sich um eine Stellkupplung mit einem durch einen einfach wirkenden Hydraulikzylinder verstellbaren Schöpfrohr, so wird man zweckmäßig die Druckmittelzuführung zu dem Hydraulikzylinder nach einem weiteren Gedanken der Erfindung derart ausgestalten, daß sie in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens steuerbar ist (Anspruch 2). Dieser Gedanke kann zweckmäßig durch die Anwendung der Merkmale des Anspruches J5 verwirklicht werden. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung ist im Anspruch 4 angegeben.

Ein wichtiger weiterer Gedanke der Erfindung besteht darin, die Antriebsvorrichtung für die Stelleinrichtung (z.B. das Schöpfrohr) derart auszubilden, daß bei einem Stillsetzen des Turbinenschaufelrades (z.B. durch Unterbrechen des der Stellkupplung zugeführten Arbeitsflüssigkeitsstromes) die Stelleinrichtung selbsttätig, z.B. unter der Kraft einer Feder, in ihre dem kleinstmöglichen Füllungs-

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grad entsprechende Stellung überführt wird (Anspruch 5)· Dadurch kann sichergestellt werden, daß beim Beginn des nachfolgenden Anlaufvorganges kein Drehmomentstoß auftritt.

Unter Umständen muß das Beschleunigen bzw. das Ingangsetzen der durch die Stellkupplung anzutreibenden Arbeitsmaschine häufig unter wechselnden Bedingungen stattfinden. Dies ist z.B. der Fall, wenn ein Förderband einmal unbeladen und ein anderes Mal im beladenen Zustand angefahren werden soll. Um eine Anpassung an derartig wechselnde Bedingungen zu erreichen, kann man gemäß Anspruch 6 zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Anlaufsteuereinrichtung eine Regeleinrichtung vorsehen. Der Vorteil der Kombination einer solchen Regeleinrichtung mit der erfindungsgemäßen Anlaufsteuereinrichtung besteht darin, daß durch die letztere schon eine weitgehende Anpassung der Schöpfrohrgeschwindigkeit an den augenblicklich theoretisch erforderlichen Wert erfolgt, und daß somit die Regeleinrichtung nur noch verhältnismäßig geringe Abweichungen ausgleichen muß. Man kommt hierdurch 'mit einem Regler ohne Differenzierglied aus. Im Ergebnis wird - auch bei stark unterschiedlichen Anlaufbedingungen ein sehr gutes Konstanthalten des durch die Kupplung während des Anlaufvorganges übertragenen Drehmomentes erzielt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine hydrodynamische Stellkupplung mit Schöpfrohrsteuerung im Längsschnitt; und das dazugehörende Leitungsschema;

Fig. 2 ein gegenüber Fig. 1 vergrößerter Teillängsschnitt

durch den Schöpfrohr-Versteilzylinder; Fig. 3 ein Diagramm mit dem Kennlinienfeld der Stellkupplung und der daraus abgeleiteten Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung vom Drehzahlverhältnis für konstantes Drehmoment;

Fig. 4 das Leitungsschema einer Stellkupplung ähnlich Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Regeleinrichtung;

Fig. 5 und 6 Diagramme über die sich aus Fig. 4 ergebende Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung vom Drehzahl-Verhältnis für konstantes Drehmoment.

Die in der Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße hydrodynamische Stellkupplung umfaßt eine Primärwelle 10; an dieser ist befestigt ein Pumpenschaufelrad 11 mit einer Kupplungsschale 12, die mit einer Zwischenwand 13 eine Schöpfrohrkammer 15 bildet. Auf einer Sekundärwelle 20 ruht ein Turbinenschaufelrad 21, das mit dem Pumpenrad 11 einen torusförmigen Arbeitsraum bildet. Dieser steht über den stets vorhandenen Spalt zwischen den Schaufelrädern 11 und 21 und über öffnungen 14 in der Zwischenwand IJ in ungedrosselter Leitungsverbindung mit der Schöpfrohrkammer 15.

Die Zufuhr von Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum der Stellkupplung erfolgt aus einem Sumpf 30 über eine Drucksteigerungspumpe 31, einen Kühler 32 und über eine Zuführleitung 34, die in einen auf der Rückseite des Pumpenschaufelrades 11 befindlichen Ringraum 16 mündet. Von hier gelangt die Arbeitsflüssigkeit über Bohrungen in den Arbeitsraum hinein.

Das Abführen der Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum erfolgt über ein bewegliches Schöpfrohr 40, das mehr oder weniger weit in die Schöpfrohrkammer 15 eintauchen kann. An das Schöpfrohr 40 ist eine Leitung 41 angeschlossen, die die Flüssigkeit in den Sumpf 30 zurückführt. Als Antriebsvorrichtung zum Verstellen des Schöpfrohres ist ein einfach wirkender Hydraulikzylinder 42 vorgesehen mit einem Kolben 43, an dem das Schöpfrohr 40 befestigt ist, und mit einer Feder 44. Die Kraft dieser Feder 44 wirkt stets in Richtung "Entleeren des Arbeitsraumes", d.h. sie drückt den Kolben 43 und das Schöpfrohr 40 in diejenige Endstellung in der die Aufnahme öffnung des Schöpfrohres in der Schöpfrohrkammer 15 die radial äußerste Stellung einnimmt. In der entgegengesetzten Richtung, und zwar in Richtung "Füllen des Arbeitsraumes", ist der Kolben 43 mit Druckmittel beaufschlagbar. Hierzu wird an der Leitung^on dem der Kupplung zuzuführenden Arbeitsmittel ein Teilstrom abgezweigt und über die Leitung 7 dem Hydraulikzylinder 42 zugeführt.

Das Einschalten der Kupplung kann einfach dadurch erfolgen, daß der (nicht dargestellte) Antrieb der Pumpe 31 eingeschaltet wird, wobei in einer Entlastungsleitung 35 ein Steuerventil 33 geschlossen wird .Hierdurch wird Arbeitsflüssigkeit der Kupplung zugeführt und

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zugleich dem Hydraulikzylinder, um das Schöpfrohr in Richtung "Füllen des Arbeitsraumes" zu bewegen. Zum Ausschalten der Kupplung wird die Pumpe Jl stillgesetzt und das Steuerventil 33 geöffnet; dadurch ist der Hydraulikzylinder mit dem Sumpf 30 verbunden, so daß die Feder 44 den Kolben 43 und das Schöpfrohr 40 rasch in Richtung "Entleeren des Arbeitsraumes" verschieben kann. Dadurch ist sichergestellt, daß beim Wiedereinschalten der Kupplung der Arbeitsraum entleert ist und somit

kein Drehmomentstoß auftritt.

Damit nach dem Einschalten der Kupplung während des Anlaufens des Turbinenschaufelrades und der (in der Zeichnung nicht dargestellten) anzutreibenden Maschine das von der Kupplung übertragene Drehmoment auf einem bestimmten Wert möglicht konstant gehalten wird, muß beim Ausfahren des Schöpfrohres 40 die Verstellgeschwindigkeit des Schöpfrohres und somit des Kolbens 43 zunehmend erhöht werden. Dies wird dadurch erreicht, daß an dem Hydraulikzylinder 42 außer der Leitung 7 mit dem Druckmittelanschluß 9 weitere von der Leitung 7 ausgehende Leitungen 7a, 7b und 7c mit in Achsrichtung untereinander versetzten Druckmittelanschlüssen 9a, 9b und 9c vorgesehen sind (Fig. 2), die beim Ausfahren des Schöpfrohres vom Kolben 43 nacheinander freigegeben werden. Jedesmal wenn einer der Anschlüsse 9a, 9b und 9c freigegeben ist, erhöht sich der dem Zylinder 42 zugeführte Druckmittelstrom und damit die Verstellgeschwindigkeit des Kolbens 4-3. Der gesamte Schöpfrohrverstellweg ist also in mehrere Abschnitte unterteilt (hier z.B. in vier Abschnitte), die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchlaufen werden. Jedem Anschluß 9,

a, 9b, 9c ist ein Stromventil, z.B. eine verstellbare Drossel 8, 8a, 8b, 8c zugeordnet, um die Verstellgeschwindigkeit in jedem Abschnitt einstellen zu können.

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Die Verstellgeschwindigkeiten in den einzelnen Abschnitten und die Längen dieser Abschnitte müssen gemäß Fig.3 aus dem Kennlinienfeld der Stellkupplung ermittelt werden. Ein Beispiel für ein solches Kennlinienfeld ist im oberen Teil der Fig.3 dargestellt. Jede dieser Kennlinien zeigt den Verlauf des von der Kupplung übertragenen Drehmomentes M über dem Verhältnis rv/np zwischen der Turbinen- und der Pumpenraddrehzahl, wobei jeder Kennlinie eine andere Stellung des Schöpfrohres 40 und somit ein anderer Füllungsgrad des Kupplungsarbeit sraumes zugeordnet ist. Die Bezeichnung der Kennlinie "H = 0,1" bedeutet, daß das Schöpfrohr 40 diejenige Stellung einnimmt, die um l/lO des gesamten Hubes H unterhalb der in Fig.1 gezeigten Endstellung liegt. Bei der Kennlinie 1,0 ist das Schöpfrohr ganz ausgefahren (Kolben 4j5 liegt am Anschlag 45) und der Füllungsgrad auf seinem höchsten vorgesehenen Wert. Die mit 0,2 bis 0,9 bezeichneten Kennlinien gelten für dazwischenliegende Schöpfrohrstellungen.

Das beim Anlaufvorgang gewünschte Drehmoment ist durch die horizontale Gerade M¹ gekennzeichnet. Aus den Schnittpunkten dieser Geraden M^f mit den Kennlinien H = 0,1 bis 1,0 ergibt sich die erforderliche Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung H vom Drehzahlverhältnis ⁿm / Ώρ für den AnlaufVorgang. Diese Abhängigkeit ist im unteren Teil der Fig.3 dargestellt; dort ist der ausgezogene Linienzug I die abgeleitete ideale Kurve der Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung vom Drehzahlverhältnis; dies ist zugleich die Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung von der Zeit t. Diese ideale Kurve I gilt allerdings nur für das angenommene Anlaufdrehmoment M¹. Für ein anderes Anlaufdrehmoment würde, die ideale Kurve einen anderen Verlauf nehmen.

Um ein exakt konstantes Anlaufdrehmoment zu erhalten, müsste also die Schöpfrohr-VerStellgeschwindigkeit entsprechend einer von der Kurve I abgeleiteten Beziehung stetig zunehmen. Stattdessen lässt man die Verstellgeschwindigkeit gemäß der Erfindung stufenweise zunehmen. Man ersetzt hierzu die ideale Kurve I durch z.B. vier aneinander anschließende gerade Linien N, N . N_K und N_n, und teilt somit den ge-

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samten Verstellweg in vier Abschnitte ein. Die Grenzen zwischen diesen

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Abschnitten können aus den Schnittpunkten der Linien N, N , N, und N ermittelt werden] sie liegen bei den Werten H = a, b und c, wodurch die Positionen der Anschlüsse 9a, 9b und 9c festgelegt sind (Fig. 2).

Man kann die Abstände a, b und c dadurch (auch nachträglich)

variieren, daß am Zylinder 42 in Umfangsrichtung weitere Anschlußstellen vorgesehen werden, die zu den gezeichneten in Achsrichtung geringfügig versetzt sind und anstelle der gezeichneten Anschlüsse verwendet werden.

Wie im Anspruch 1 angegeben ist, müssen die Kupplungskennlinien mit steigendem Drehzahlverhältnis stetig fallen. Würden nämlich einige der Kennlinien zunächst ansteigen und dann erst abfallen, so könnte mit der erfindungsgemäßen Anlaufsteuereinrichtung ein stabiler Betrieb während des Anlauf-Vorganges nicht erreicht werden. Stetig fallende Kennlinien können z.B. durch den Einbau einer Drosselringes 17 im radial inneren Bereich des Pumpenrades 11 erzielt werden.

Die erfindungsgemäße Stellkupplung kann angewandt werden zum Antrieb von Stetigförderern, von Drahtzieh-, Kabel- oder Verseilmaschienen sowie anderer Anlagen mit hohen Schwungmomenten. Bei solchen Maschinen ist zur Schonung der anzutreibenden Maschinenteile (z.B. des Förderbandes) oder zur Schonung des zu verarbeitenden Materials das maximale Anfahrdrehmoment auf einen bestimmten Wert, z.B. auf das l,3fache des normalen Drehmoments zu begrenzen.

Falls das Anfahren häufig unter stark wechselnden Bedingungen stattfindet, ist es zweckmäßig, zusätzlich eine Regeleinrichtung vorzusehen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Dort ist die hydrodynamische Stellkupplung mit ihrem Zubehör und mit einer Antriebsmaschine (Elektromotor 5^) rein schematisch dargestellt. Die mit der Ausführung nach Fig. 1 übereinstimmenden Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie dort gekennzeichnet.

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Die Pumpe Jl dient nunmehr ausschließlich zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit in die Kupplung.Zum Zuführen von Druckmittel in den Hydraulikzylinder 42 ist eine weitere Pumpe 50 vorgesehen mit einem Druckbegrenzungsventil 51 und mit einem Magnetventil 52, dessen Ausgang über die Leitung 7 mit der Drossel 8 an den Hydraulikzylinder 42 angeschlossen ist. Im Unterschied zu Fig. 1 ist nur eine einzige weitere Leitung 7b vorgesehen, deren Anschlußöffnung vom Kolben 43 zunächst verschlossen ist und erst nach Zurücklegen eines bestimmten Kolbenhubes geöffnet wird. Es können jedoch auch hier wie in Fig. 1 zwei oder drei oder noch mehr zusätzliche Anschlüsse vorgesehen werden.

Die Leitungen 7 und 7b weisen wiederum je eine verstellbare Drossel 8,8b auf. Ferner ist wiederum eine Entlastungsleitung 53 vorgesehen, die durch ein weiteres Magnetventil 55 absperrbar ist.

An der Stromzuführung 57 ^zu ^em Elektromotor 50 ist eine Meßwicklung 58 vorgesehen zum Messen der elektrischen Stromstärke. Diese ist ein Maß für das von der hydrodynamischen Kupplung übertragene Drehmoment und wird als Regelgröße der Regeleinrichtung 60 zugeführt. Die Meßgröße wird dort mit einer Führungsgröße verglichen, die z.B. durch einen Drehknopf 61 eingestellt werden kann. Die Regeleinrichtung 60 betätigt einen elektrischen Schalter 62, um hierdurch das Magnetventil 52 ein- oder auszuschalten. Wie weiter unten erläutert ist, kann zusätzlich auch noch das Magnetventil 55 durch den elektrischen Schalter 62 gesteuert werden.

Zunächst sei jedoch angenommen, das Magnetventil 55 bleibe während eines ganzen AnIaufVorganges in seiner geschlossenen Stellung. Dann arbeitet die Regeleinrichtung wie folgt: Wenn nach dem Einschalten der Antriebe für die Pumpen 31 und 50 der Anlaufvorgang begonnen hat und die vom Elektromotor 56 aufgenommene elektrische Stromstärke die eingestellte Führungsgröße (auch Sollwert genannt) überschreitet, so schließt die elektrische Regeleinrichtung den Schalter 62 und schaltet somit das Magnetventil 52 in die geschlossene Stellung um. Dadurch wird die Bewegung des Schöpfrohres 40 in Richtung "Füllen

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des Arbeitsraumes" abgestoppt, und zwar solange, bis die Stromstärke den eingestellten Sollwert wieder unterschritten hat. Dadurch wird wieder das öffnen des Magnetventils 52 und somit das Weiterbewegen des Schöpfrohres 40 ausgelöst, bis erneut die Stromstärke den eingestellten Sollwert überschreitet.

Das Ergebnis zeigt die Fig. 5· Dort ist mit I wieder die ideale Kurve der Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung H vom Drehzahlverhältnis Πφ/ηρ bezeichnet. Diese Kurve kann entsprechend den jeweiligen Anlaufbedingungen recht unterschiedlich verlaufen. Diese Unterschiede können aber durch die Regeleinrichtung 60 ausgeglichen werden. Der Verlauf der tatsächlichen Abhängigkeit der Schöpfrohrstellung H vom Drehzahlverhältnis ru,/ n„ ist durch die Linie A gekennzeichnet. Diese Linie setzt sich zusammen aus schräg nach oben ansteigenden (Schöpfrohr in Bewegung) und aus horizontalen (Schöpfrohr steht still) Linienstücken. Die Steilheit der ansteigenden Linienstücke und damit die Schöpfrohrgeschwindigkeit hängt davon ab, ob das von der Pumpe 50 gelieferte Druckmittel allein über die Leitung 7 oder zusätzlich auch noch über die Leitung 7b in den Hydraulikzylinder gelangt.

Die Regelgüte kann dadurch noch verbessert werden, daß man das Schöpfrohr 40 beim Überschreiten des Sollwertes vorübergehend rückwärts, d.h. in Richtung "Entleeren des Arbeitsraumes" laufen läßt. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß die beiden Magnetventile 52 und 55 gleichzeitig umgesteuert werden, und zwar derart, daß das in die Entlastungsleitung eingebaute Ventil 55 beim Schließen des Ventils 52 geöffnet wird und umgekehrt. Daraus ergibt sich die in Fig. 6 dargestellte Kurve A^! für die Abhängigkeit der tatsächlichen Schöpf rohr s teilung H vom Drehzahlverhältnis n™/ n_p . Die Geschwindigkeit des Schöpfrohr-Rücklaufes kann hierbei durch eine einstellbare Drossel 54 (eingebaut in die Entlastungsleitung 55) verändert werden.

Heidenheim, den 25. Juni 1975
Sh/HKn ,5,

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Claims (6)

25287A7/A? ap/G 3*84 *Ä · Voith Turbo KG, Kennwort: "Gestufte Schöpfrohrgeschwindigkeit" Crailsheim Patentansprüche

1. Hydrodynamische Stellkupplung, deren Kennlinien (Drehmoment in Abhängigkeit vom Drehzahl verhältnis bei unterschiedlichen Füllungsgraden) mit steigendem Drehzahlverhältnis (n^/np) stetig fallen, mit einem Pumpen- und einem Turbinenschaufelrad (11; 21), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, und mit einem Arbeitsflüssigkeitskreislauf (30, 31, 32, 34, 40, 41, 30) zum ständigen Zuführen vorzugsweise gekühlter Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum und zum Abführen erwärmter Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum, ferner mit einer Stelleinrichtung (40) zum Steuern des Füllungsgrades im Arbeitsraum durch Verändern des abgeführten Arbeitsflüssigkeitsstromes, wobei die Stelleinrichtung vorzugsweise als ein bewegliches Schöpfrohr (40) ausgebildet ist,

^; das in einer mit dem Pumpenrad (11) umlaufenden und mit dem Arbeitsraum in ungedrosselter Leitungsverbindung stehenden Schöpfrohrkammer (15) angeordnet ist, ferner mit einer Antriebsvorrichtung (42,43) zum Verstellen der Stelleinrichtung (40) und mit einer Anlaufsteuereinrichtung, mit der während eines Anlauf-Vorganges (bei dem die Kupplung allmählich gefüllt wird) die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung steuerbar ist^gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Anlaufsteuereinrich-

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tfung (7a; 7b, 7cj 9a, 9b, 9c), daß während eines in verschiedene Abschnitte unterteilten AnlaufVorganges die Arbeitsgeschwindigkeit der Antriebsvorrichtung von Abschnitt zu Abschnitt stufenweise zunimmt.

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2. Stellkupplung nach Anspruch 1 mit einem durch einen einfachwirkenden Hydraulikzylinder (42,43) verstellbaren Schöpfrohr (40), dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmittelzuführung zu dem Hydraulikzylinder (42) in Abhängigkeit von der Stellung seines Kolbens (43) steuerbar ist.

3. Stellkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckmittelzuführung in den Hydraulikzylinder (42) mehrere in dessen Achsrichtung versetzte zusätzliche Druckmittelanschlüsse (9a, 9b, 9c) vorgesehen sind, die durch den Kolben (43) in seiner Endstellung, in der die Kupplung entleert ist, absperrbar sind und die beim Verschieben des Kolbens aus dieser Endstellung nacheinander freigegeben werden.

4. Stellkupplung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß

zur Mengensteuerung jedem Druckmittelanschluß (9* 9a, 9b, 9c) ein Stromventil (8,8a, 8b, 8c) zugeordnet ist.

5. Stellkupplung nach einem der Ansprüche 1*- 4, gekennzeichnet durch eine derartige Ausbildung der Stelleinrichtung (40, 42), daß bei einem Stillsetzen des Turbinenschaufelrades (21) die Stelleinrichtung selbsttätig in ihre dem kleinstmöglichen Füllungsgrad entsprechende Stellung überführt wird (z.B. durch eine Feder 44).

6. Stellkupplung nach einem der Ansprüche 1-5* dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Anlaufsteuereinrichtung (7b, 9b) eine Regeleinrichtung (60) vorgesehen ist zum wenigstens angenäherten Konstanthalten einer den Anlaufvorgang beeinflussenden Größe

(z.B. der von einem Elektromotor (56) als Antriebsmaschine aufgenommenen elektrischen Stromstärke oder der Beschleunigung der anzutreibenden Arbeitsmaschine), wobei ein Überschreiten eines einstellbaren Sollwertes die zum Verstellen der Stelleinrichtung (40) dienende Antriebsvorrichtung (42) vorübergehend stillsetzt oder einen vorübergehenden Rückwärtslauf derselben auslöst.

Heidenheim (Brenz), den 24. Juni 1975 Sh/HKn

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