DE3217465A1 - Hydrodynamische kupplung - Google Patents

Hydrodynamische kupplung

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DE3217465A1
DE3217465A1 DE19823217465 DE3217465A DE3217465A1 DE 3217465 A1 DE3217465 A1 DE 3217465A1 DE 19823217465 DE19823217465 DE 19823217465 DE 3217465 A DE3217465 A DE 3217465A DE 3217465 A1 DE3217465 A1 DE 3217465A1
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DE
Germany
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coupling
clutch
wheel
shell
turbine wheel
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Ceased
Application number
DE19823217465
Other languages
English (en)
Inventor
Karl Dipl.-Math. 7990 Friedrichshafen Haide
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rolls Royce Solutions GmbH
Original Assignee
MTU Friedrichshafen GmbH
MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18Details

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Hydrodynamische Kupplung
  • Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung, die zum Ein- und Ausschalten mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt bzw. entleert wird, mit einem Pumpenrad und mit einem Turbinenrad, die jeweils zur Hälfte den torusförmigen Arbeitsraum der Kupplung bilden und aus mit dem An- bzw. Abtrieb der Kupplung verbundenen Kupplungsschalen mit darin angeordneten Schaufeln bestehen und mit einem Kupplungsgehäuse, das mit dem Turbinenrad verbunden ist und das Pumpenrad mit Abstand umschließt.
  • Solche Kupplungen werden oftmals in Schiffsantrieben zum Übertragen großer Leistungen eingesetzt. Sind die Kupplungen ausgeschaltet und wird dabei z. B. zur Durchführung von Überholungs- oder Einstellarbeiten der Antriebsmotor in Betrieb genommen, so wird durch die anstelle der Betriebsflüssigkeit in der Kupplung enthaltene und zirkulierende Luft eine beträchtliche Leistung aufgenommen, die wegen dem stillstehenden Turbinenrad in Wärme umgewandelt wird. Dadurch erreichen die Kupplungsteile nach kurzer Zeit unzulässig hohe Temperaturen.
  • Aus der DE-PS 677 160 ist das Absaugen der Luft aus entleerten Strömungskreisläufen mit Hilfe einer Saugpumpe zum Unterbinden eines Luftumlaufes und Verhindern der Erwärmung bekannt. Das Anordnen einer Saugpumpe ist aufwendig, ihr Antrieb erfordert zusätzliche Antriebsleistung.
  • Aus der gleichen Patentschrift ist auch das Absaugen der Luft durch die Strahlwirkung einer dem umlaufenden Teil zugeführten und durch die Fliehkraft ausgeschleuderten geringen Flüssigkeitsmenge bekannt. Diese Strahlbildung war jedoch nach den Angaben in derselben Patentschrift erfahrungsgemäß nicht ausreichend.
  • Bekannt ist außerdem aus der DE-PS 631 177 die Zuführung einer Flüssigkeitsmenge zur Bildung eines Kühlflüssigkeitsnebels in der Kupplung. Diese Maßnahme ist zur Kupplungskühlung bei Zuführen einer kleinen Flüssigkeitsmenge nicht ausreichend. Steigert man jedoch die zugeführte Flüssigkeitsmenge, so stellt sich ein Teilfüllungszustand mit erhöhter Leistungsaufnahme und dementsprechend erhöhten Temperaturen ein, weil die zugeführte Flüssigkeitsmenge nicht ungehindert wieder abfließen kann.
  • Aus der DE-OS 22 07 089 ist das Zuführen einer Kühlflüssigkeit bei stillstehendem Pumpenrad und bei sich drehendem Turbinenrad bekannt, wobei die Kühlflüssigkeit durch schaufelartige Schöpfeinrichtungen wieder aus dem Kreislauf entfernt wird. Mit einer solchen Einrichtung kann jedoch die entstehende Wärme bei stillstehender Turbine und drehendem Pumpenrad nicht abgeführt werden. Die vorgesehenen Schöpfeinrichtungen behindern zudem den Flüssigkeitsumlauf im normalen Kupplungsbetrieb, so daß hierbei ein erhöhter Schlupf und ein verminderter Wirkungsgrad in Kauf genommen werden muß.
  • Aus der DE-PS 687 919 ist es bekannt, das Pumpenrad am größten Durchmesser ohne Radboden auszuführen. Diese Maßnahme ist, zusammen mit der Verlängerung der Pumpenschaufeln, zum raschen Entleeren des Strömungskreislaufes und zum Auspumpen von Leckflüssigkeit vorgesehen. Eine Verringerung der Luftumwälzung und Absenkung der Temperatur der Kupplungsteile bei entleerter Kupplung kann dadurch nicht erreicht werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer ausgeschalteten Kupplung, bei der das Turbinenrad stillsteht und das Pumpenrad angetrieben wird, ohne wesentlichen Mehraufwand eine Überhitzung der Kupplungsteile durch die im Kreislauf umlaufende Luft zu verhindern. Dabei soll der normale Betrieb mit eingeschalteter Kupplung möglichst wenig beeinträchtigt werden.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die folgende Merkmals-Kombination: a) der Kupplung wird in ausgeschaltetem Zustand und bei angetriebenem Pumpenrad eine geringe Flüssigkeitsmenge zugeführt; b) in der Kupplungsschale des Primärrades sind vor der Austrittskante der Schaufeln Öffnungen angebracht, so daß die von den Schaufeln gebildeten Schaufelkanäle an diesen Stellen radial nach außen offen sind; c) die Ausflußöffnungen für die in ausgeschaltetem Zustand zugeführte Kühlflüssigkeit sind radial außerhalb der Öffnungen der Kupplungsschale des Primärrades in dem Kupplungsgehäuse angeordnet.
  • Durch die Kombination dieser an sich bekannten Maßnahmen wird ein Teil der in der Kupplung befindlichen Luft durch den Kühlmittel strom aufgenommen und mit diesem aus der Kupplung entfernt. Dadurch entsteht in der Kupplung ein Teil-Vakuum, wodurch die Antriebsleistung und damit die erzeugte Wärmemenge spürbar reduziert werden. Die Restwärmemenge wird von dem Kühlmittelstrom aufgenommen, der auf Grund der Ausbildung des Pumpenrades und der Anordnung der Ausflußöffnungen vor Eintritt in das Sekundärrad aus der Kupplung entfernt wird und damit keine Erhöhung der Leistungsaufnahme bewirken kann.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kupplung erfordert nur einen geringen Mehraufwand gegenüber einer normalen Kupplung. Wie Versuche gezeigt haben, ist im normalen Kupplungsbetrieb eine nachteilige Wirkung der getroffenen Maßnahmen auf die Kupplungskennlinien nicht festzustellen. In dem Betrieb mit entleerter Kupplung und feststehendem Turbinenrad werden dagegen die Temperaturen der Kupplungsbauteile wesentlich verringert und bewegen sich innerhalb der zulässigen Grenzen.
  • Eine einfache, gießtechnisch durchführbare Maßnahme um die notwendigen Veränderungen am Pumpenrad zu erreichen, besteht darin, daß die Kupplungsschale des Primärrades vor der Austrittskante der Schaufeln endet und daß die Ausflußöffnungen für die Kühlflüssigkeit radial außerhalb der Endkante der Kupplungsschale im Kupplungsgehäuse angeordnet sind.
  • Die Ausflußöffnungen für die Kühl flüssigkeit können durch Ventile gesteuert werden, die in bekannter Weise zum Einschalten und füllen der Kupplung durch einen Steuerdruck geschlossen, zum Ausschalten und Entleeren der Kupplung durch die Fliehkraft geöffnet und bei stehendem Turbinenrad durch den Druck der Kühlflüssigkeit offen gehalten werden. Dadurch brauchen neben den ohnehin notwendigen Schnellentleerventilen keine zusätzlichen steuerbaren Ausflußöffnungen vorgesehen werden. Außerdem erübrigt sich hierfür eine zusätzliche Steuerung.
  • Wenn die Kühlflüssigkeit durch die Kupplungsschale und Schaufelkanäle des stillstehenden Turbinenrades in die Kupplung eingeleitet wird, tritt beim Erfassen und Verwirbeln der Kühlflüssigkeit durch das sich drehende Pumpenrad eine besonders intensive Vermischung mit der in der Kupplung enthaltenen Luft ein. Dadurch wird mehr Luft mit der Kühlflüssigkeit aus der Kupplung entfernt, dementsprechend entsteht ein besseres Vakuum und die Leistungsaufnahme wird weiter verringert.
  • In der Zeichnung ist ein Teil-Längsschnitt einer hydrodynamischen Kupplung für eine Schiffsantriebsanlage gezeigt, die zum Ein- und Ausschalten mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt bzw. entleert wird. Ein mit dem nicht dargestellten Antriebsmotor verbundenes Pumpenrad 11 und ein mit der nicht dargestellten Schiffsschraube verbundenes Turbinenrad 12 besteht jeweils aus einer Kupplungsschale 13 bzw. 14 und den Schaufeln 15 bzw. 16. Ein Kupplungsgehäuse 17 ist fest mit dem Turbinenrad 12 verbunden und umschließt das Pumpenrad li mit Abstand. In der Schale 14 des Turbinenrades 12 ist ein Zulauf 18 für die Betriebsflüssigkeit der Kupplung angeordnet. Durch diesen Zulauf erfolgt auch das Zuführen der Kühlflüssigkeitsmenge bei ausgeschalteter Kupplung. Sowohl Betriebsflüssigkeit als auch Kühlflüssigkeit bewegen sich im Pumpenrad 11 entsprechend der Richtung der Pfeile 19. Die Kupplungsschale 13 des Pumpenrades 11 endet vor der Austrittskante 20 der Schaufeln und bildet eine Endkante 23. Für Betriebsflüssigkeit und Kühlflüssigkeit sind in dem Kupplungsgehäuse 17 mehrere Ausflußöffnungen angeordnet, die durch Ventile 21 gesteuert werden. Diese Ventile werden durch einen Steuerdruck in zu den Ventilen führenden Leitungen 22 zum Füllen der Kupplung geschlossen und öffnen sich zum Entleeren bei ausbleibendem Steuerdruck wegen der auf ihren Verschlußteil einwirkenden Fliehkraft. Die Ventile und damit auch die Ausflußöffnungen für die Kühlflüssigkeit sind radial außerhalb der Endkante 23 der Schale 13 des Pumpenrades 11 angeordnet.
  • Bei ausgeschalteter Kupplung und eingeschaltetem Antriebsmotor steht das Turbinenrad 12 der Kupplung still. Das Pumpenrad 11 dreht sich entsprechend der Motordrehzahl. Über den Zulauf 18 wird der Kupplung eine geringe Flüssigkeitsmenge zugeführt. Diese Flüssigkeit wird von dem drehenden Pumpenrad erfaßt und gründlich mit der im Kreislauf befindlichen Luft verwirbelt. Das entstehende Schaumgemisch strömt durch die Fliehkraft in den Schaufelkanälen nach außen und nimmt dabei aus dem Pumpenrad Wärme auf. An der Endkante 23 der Schale 13 des Primärrades 11 wird das Schaumgemisch abgeschleudert und verläßt durch die geöffneten Ventile 21 die Kupplung. Durch diesen Vorgang wird der Kupplung Luft und Wärme entzogen und damit die Temperatur der Kupplungsteile wie beschrieben in zulässigen Grenzen gehalten.
  • Bei Einschalten der Kupplung werden die Ventile 21 durch den Steuerdruck in der Leitung 22 geschlossen und die Kupplung kann sich füllen. Die vor der Austrittskante 20 des Primärrades 11 endende Kupplungsschale 13 übt keinen spürbaren Einfluß auf das Betriebsverhalten der Kupplung aus.

Claims (3)

  1. Patentansprüche Hydrodynamische Kupplung, die zum Ein- und Ausschalten mit einer Betriebsflüssigkeit gefüllt bzw. entleert wird, mit einem Pumpenrad und mit einem Turbinenrad, die jeweils zur Hälfte den torusförmigen Arbeitsraum der Kupplung bilden und aus mit dem An- bzw. Abtrieb der Kupplung verbundenen Kupplungsschalen mit darin angeordneten Schaufeln bestehen und mit einem Kupplungsgehäuse, das mit dem Turbinenrad verbunden ist und das Pumpenrad mit Abstand umschließt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, an sich bekannter Merkmale: a) der Kupplung wird in ausgeschaltetem Zustand und bei angetriebenem Pumpenrad (11) eine geringe Flüssigkeitsmenge zugeführt; b) in der Kupplungsschale (13) des Primärrades (il) sind vor der Austrittskante (20) der Schaufeln (15) Öffnungen angebracht, so daß die von den Schaufeln gebildeten Schaufelkanäle an diesen Stellen radial nach außen offen sind; c) die Ausflußöffnungen für die in ausgeschaltetem Zustand zugeführte Kühlflüssigkeit sind radial außerhalb der Öffnungen der Kupplungsschale (13) des Primärrades (ii) in dem Kupplungsgehäuse (17) angeordnet.
  2. 2. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsschale (13) des Primärrades (11) vor der Austrittskante (20) der Schaufeln endet und daß die Ausflußöffnungen für die Kühlflüssigkeit radial außerhalb der Endkante (23) der Kupplungsschale (13) im Kupplungsgehäuse (17) angeordnet sind.
  3. 3. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnungen für die Kühlflüssigkeit durch Ventile (21) gesteuert werden, die in bekannter Weise zum Einschalten und Füllen der Kupplung durch einen Steuerdruck geschlossen, zum Ausschalten und Entleeren der Kupplung durch die Fliehkraft geöffnet und bei stehendem Turbinenrad (12) durch den Druck der Kühlflüssigkeit offen gehalten werden.
    4? Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit durch die Kupplungsschale (14) und Schaufelkanäle des Turbinenrades (12) in die Kupplung eingeleitet wird.
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