DE3435659A1

DE3435659A1 - Hydrodynamische regelkupplung

Info

Publication number: DE3435659A1
Application number: DE19843435659
Authority: DE
Inventors: Helmut 7920 Heidenheim Müller
Original assignee: JM Voith GmbH
Current assignee: JM Voith GmbH
Priority date: 1984-09-28
Filing date: 1984-09-28
Publication date: 1986-04-10
Also published as: US4669262A; GB2165032B; GB8524059D0; JPS6184421A; GB2165032A; FR2571107A1; IT8522277A0; IT1185386B; FR2571107B1; DE3435659C2

Description

J.M. Voith GmbH

G 3995 Heidenheim

Kennwort: "Innerer Aufnahmebehälter"

Hydrodynamische Regelkupplung

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Regelkupplung der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher angegebenen Art.

In der DE-OS 32 11 337 ist eine Regelkupplung beschrieben, bei der das Verhältnis zwischen Außenund Innendurchmesser des Arbeitsraumes etwa 2 beträgt. Sie bietet bei möglichst kleinem und einfachen Aufbau eine schnelle Regelung auf ein in der Höhe einstellbares, aoer vom Schlupf unabhängiges Drehmoment. Hierzu dienen an den Arbeitsraum angeschlossene Auslaßbohrungen, über die das Arbeitsmittel vom Arbeitsraum in feststehende Kanäle mit einer Druckregeleinrichtung in Form eines Überströmventiles ableitbar ist. Die genannten Auslaßbohrungen verlaufen tangential zur Begrenzung des torusförmigen Arbeitsraumes in etwa radialer Richtung zur Kupplungsachse hin (gesehen in einem Längsschnitt durch die Kupplung). Das aus dem Überströmventil austretende Arbeitsmittel gelangt in einen Aufnahmebehälter, von wo aus es über eine Pumpe über einen Einlaß zurück in den Arbeitsraum gepumpt wird. Das Überströmventil kann dabei von einem temperatur-

abhängigen Impuls beeinflußt werden. Hierzu ist ein Temperaturfühler z. B. im Kreislauf des Motorkühlwassers angeordnet, der je nach Temperatur des Wassers eine unterschiedliche Vorspannung der Ventilfeder am Überströmventil bewirkt. Ist nun beispielsweise das Kühlwasser noch verhältnismäßig kühl, so besteht keine Notwendigkeit, bei plötzlicher Drehzahl- und Leistungserhöhung des Motors auch den Ventilator mitrotieren oder mit steigender Drehzahl rotieren zu lassen. Der Temperaturfühler sorgt dabei für eine geringe Vorspannung am Überströmventil, wodurch sich dieses schon bei dem geringen Druck öffnet und somit die Kupplung bei kleinem Drehmoment entleert. Der Ventilator rotiert damit nur mit geringer Drehzahl, wodurch die Motorleistung ganz für die Traktion des Fahrzeuges zur Verfügung steht. Mit zunehmender Erwärmung des Kühlwassers wird die Feder des Überströmventiles stärker gespannt, wodurch ein höherer Druck in den Auslaßbohrungen herrscht und die Kupplung zur Übertragung eines höheren Drehmomentes gezwungen wird, womit sich die Drehzahl des Ventilators entsprechend erhöht. Dieser Regelvorgang kann automatisch ablaufen und verbessert damit die Wirtschaftlichkeit der Antriebsanlage.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnte hydrodynamische Regelkupplung weiter zu verbessern, insbesondere die Baugröße noch mehr zu reduzieren und eine einfache und billige Regelung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Das ziemlich kleine Verhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser des Arbeitsraumes bedeutet, daß nun die Beschaufelung der Kupplung so weit wie möglich radial nach außen gelegt wurde.

Dadurch wird im Innenraum ein entsprechend großer Freiraum geschaffen, der als Aufnahmebehälter für das Arbeitsmittel dienen kann. Durch die erfindungsgemäße Ausstattung werden nach außen führende Ölleitungen, welche störanfällig sind, vermieden und es kann eine Pumpe für die Umwälzung des Arbeitsmittels entfallen. Durch den in die Kupplung integrierten Aufnahmebehälter wird die Baugröße kleiner.

In der US-PS 2 570 768 ist eine Kupplung beschrieben, bei der das Verhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser des Arbeitsraumes etwa 3 beträgt. Dort ist zwar im Inneren der Kupplung ein Aufnahmeraum für Arbeitsmittel vorgesehen. Das Arbeitsmittel gelangt aber nur während des Anfahrens in den Aufnahmeraum, wodurch das Anfahren der Sekundärseite, bei voller oder nahezu voller Primärdrehzahl, durch eine Begrenzung des übertragenen Drehmoments erleichtert wird. Auch ist dort der Aufnahmeraum im wesentlichen von Wänden des Primärschaufelrades begrenzt. Das Verhältnis zwischen Außenund Innendurchmesser des Arbeitsraumes beträgt etwa 3.

Demgegenüber ist es bei der erfindungsgemäßen Kupplung von Vorteil, wenn der Aufnahmebehälter im wesentlichen in den freien Innenraum des Sekundärschaufelrades gelegt ist. Auf diese Weise ist die Rotationsgeschwindigkeit in dem Aufnahmebehälter von der Sekundärdrehzahl geprägt. Dies bedeutet, daß bei nahezu stillstehendem Lüfter, mit dem das Sekundarschaufelrad verbunden ist, das Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum ohne Gegendruck in den Aufnahmebehälter entweichen kann. Damit bleibt die Lüfterdrehzahl tatsächlich so lange niedrig, bis ein Temperaturgeber befiehlt, die Auslaßbohrungen des Arbeitsraumes mittels des einstellbaren Überströmventiles zu schließen.

In vorteilhafter Weise sind die tangential zur Begrenzung des torusförmigen Arbeitsraumes angeordneten Auslaßbohrungen im

Sekundärschaufelrad nach innen zur Kupplungsachse hin gerichtet, so daß das Arbeitsmittel problemlos nach innen abströmen kann.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann (gemäß Anspruch 4) vorgesehen sein, daß im Auslaß zusätzlich wenigstens ein fliehkraftbetätigtes Überströmventil angeordnet ist, das sich bei einer bestimmten Drehzahl öffnet.

Insbesondere moderne Dieselmotoren mit Aufladung sind stark drehzahldrückungsfähig, wobei außerdem mit der Drehzahldrückung das Drehmoment ansteigt. Die Folge davon ist, daß im jeweiligen Betriebsdrehzahlbereich des Motors die Leistungsabgabe nahezu konstant ist unabhängig vom augenblicklichen Drückungsgrad. Damit besteht mitunter die Gefahr, daß bei Maximaldrehzahl, wegen einer zu hohen Lüfterdrehzahl des Dieselmotores, eine zu starke Kühlung erfolgt bzw. eine unnütze Lüfterleistung abverlangt wird.

Durch das erfindungsgemäße zusätzliche Überströmventil läßt sich nun erreichen, daß bei diesen hohen Motordrehzahlen eine kleinere Lüfterdrehzahl eingestellt wird. Dies erfolgt selbsttätig dadurch, daß - wenn die Drehzahl der Sekundärseite der Regelkupplung einen bestimmten Wert überschreitet - das zusätzliche Überströmventil Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum in den Aufnahmebehälter übertreten läßt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch 5 angegeben. Hierdurch wird eine zuverlässige Abdichtung nach außen gewährleistet, indem ein Beaufschlagen der Außendichtung mit Öldruck vermieden wird.

Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der

Erfindung prinzipmäßig beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt (Halbschnitt) durch die hydrodynamische Regelkupplung.

Die Fig. 2 zeigt einen Teilschnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1.
Die Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

Die Kupplung weist eine Antriebswelle 1 mit einem Primärschaufelrad 2 sowie ein Sekundärschaufelrad 4 auf. Dieses treibt einen mit ihm verbundenen Ventilatorschaufelkranz 3 an. Es ist außerdem mit einer das Primärschaufelrad 2 umhüllenden Schale 9 verbunden. In der Schale 9 und in einer Nabenscheibe 17 des Sekundärschaufelrades 4 ist je ein Wälzlager 24, 25 angeordnet zur Lagerung des Sekundärschaufelrades 4 und somit des Ventilatorschaufelkranzes 3 auf der Antriebswelle 1. Die Schaufelräder 2 und 4 bilden einen torusförmigen Arbeitsraum 5. Die Kupplungsachse ist mit 20 und die Strömungsrichtung des Arbeitsmittels (z.B. Öl) im Arbeitsraum 5 mit den Pfeilen 21 gekennzeichnet.

Eine oder mehrere Auslaßbohrungen 7 führen von dem radial inneren Bereich des Arbeitsraumes 5 am Sekundärschaufelrad 4 in einen Aufnahmebehälter 10, der begrenzt ist im wesentlichen von der Nabenscheibe 16 des Primärschaufelrades 2 und einer mit dem Sekundärschaufelrad 4 umlaufenden Abdeckkappe 18. Der Aufnahmebehälter 10 ist ständig über wenigstens einen (durch das Primärschaufelrad 2 führenden) Einlaßkanal 6 mit dem Zentrumsbereich des torusförmigen Arbeitsraumes 5 verbunden. Die Auslaßbohrungen 7 verlaufen, ausgehend vom Arbeitsraum 5, zunächst tangential zur Begrenzung des Arbeitsraumes in radialer Richtung zur Kupplungsachse 20 hin und münden nach einer Umlenkung in etwa axiale Richtung in den Aufnahmebehälter 10. Diese Umlenkung in die axiale Richtung ist nicht unbedingt erforderlich, sie ist nur

zweckmäßig im Zusammenhang mit dem nachfolgend beschriebenen, vorzugsweise scheibenförmigen Ventilkörper des Überströmventils 8. Die Mündungen der Auslaßbohrungen 7 sind nämlich durch diesen blatt- oder scheibenförmigen, elastisch nachgiebigen und vorgespannten Ventilkörper 8 überdeckt, der an einer (vorzugsweise koaxial zur Kupplungsachse 20 angeordneten) Scheibe 19 befestigt ist. Der Öffnungsgrad des Überströmventils 8 kann in bekannter Weise durch einen auf der Außenseite der Abdeckkappe 18 angeordneten und nur schematisch dargestellten Thermostaten 15 eingestellt werden. Der Thermostat mißt die Temperatur der vom Ventilator 3 durch einen nicht dargestellten Kühlwasser-Kühler angesaugten Kühlluft und somit indirekt die Temperatur des Kühlwassers. Durch eine entsprechende Verdrehung der mit dem Thermostaten 15 verbundenen Scheibe 19 in Umfangsrichtung werden (nicht dargestellte) Öffnungen im Ventilkörper 8 mehr oder weniger zur Deckung mit den Mündungen der Auslaßbohrungen 7 gebracht. Hierzu ist die Scheibe 19 mittels eines Zapfens 23, an dem auch der Thermostat 15 befestigt ist, koaxial zur Antriebswelle 1 in der Abdeckkappe 18 gelagert. Eine Erhöhung der Kühlwassertemperatur hat ein Verstellen der Scheibe 19 in Richtung Schließen der Mündungen der Auslaßbohrungen 7 zur Folge und somit eine Erhöhung des Füllungsgrades der Kupplung. Es sind aber auch andere Ausführungen des Thermostaten (und/oder des Überströmventils) denkbar. Beispielsweise kann die Anordnung derart getroffen sein, daß eine Änderung der Kühlwassertemperatur ein Verstellen der Vorspannkraft des elastisch nachgiebigen Ventilkörpers 8 (oder einer an einem kolbenartigen Ventilkörper angreifenden Feder) zur Folge hat.

Wie ersichtlich ist, ist der torusförmige Arbeitsraum 5 durch einen verhältnismäßig großen Durchmesser der Nabenscheiben 16 und 17 des Primär- bzw. Sekundärschaufelrades 2 bzw. 4 sehr weit radial nach außen gelegt. Mit anderen Worten: Das Verhältnis

zwischen Außen- und Innendurchmesser Da/Di des Arbeitsraumes ist ziemlich klein; es liegt nämlich etwa zwischen den Werten 1,2 und 1,6, vorzugsweise bei 1,4. Dadurch entsteht radial innenhalb des Arbeitsraumes ein großer Freiraum für den Aufnahmebehälter 10. Die Größe des Aufnahmebehälters ist dabei so zu wählen, daß das zirkulierende Arbeitsmittel im Bedarfsfalle vollständig aufgenommen werden kann. Wie weiterhin ersichtlich ist, befindet sich der größte Teil des Aufnahmebehälters 10 in dem freien Innenraum des Sekundärschaufelrades 4. Hierzu sind die Nabenscheibe 17 und die Scheibe 19 des Überströmventils 8 mit entsprechenden Durchbrechungen versehen. Die Abdeckkappe 18 an dem Sekundärschaufelrad 4 bringt eine zusätzliche Raumvergrößerung, ohne daß jedoch mehr Bauraum insgesamt benötigt wird. Beide Schaufelräder umschließen jedoch zusammen den Aufnahmbehälter 10.

In einer oder mehreren Zweigleitungen, welche die Auslaßbohrung(en) 7 unter Umgehung der Auslaßventile 8 mit dem Aufnahmebehälter 10 verbindet bzw. verbinden, ist je ein weiteres Überströmventil 11 angeordnet, das im einzelnen gemäß Fig. 3 ausgebildet sein kann. Es hat beispielsweise einen kugelförmigen Ventilkörper 11a, der durch eine Feder 11b in Richtung zur Kupplungsachse hin gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Die Federkraft ist so bemessen, daß sich der Ventilkörper 11a nur oberhalb einer verhältnismäßig hohen Drehzahl aufgrund der auf ihn wirkenden Fliehkraft vom Ventilsitz abhebt. Hierdurch bewirkt das Ventil 11, zusätzlich zu dem Ventil 8, eine weitere Reduzierung des Füllungsgrades des Arbeitsraumes 5. Zwecks Abführung der in Form von Wärme in der Kupplung anfallenden Verlustleistung sind an den Außenflächen des Sekundärschaufelrades 4 und der Schale 9 Kühlrippen 29 vorgesehen.

Zwischen der Schale 9 und der Antriebswelle 1 des Primärschaufelrades 2 befindet sich eine Außendichtung 22. Außerdem ist

zwischen der Schale 9 und der Nabervscheibe 16 des Primärschaufelrades 2 eine zusätzliche Dichtung 12 und radial innerhalb derselben ein Sammelraum 13 für Lecköl angeordnet. Die Dichtung 12 kann, wie dargesellt, auch als Labyrinth ausgebildet sein. Von dem Sammelraum 13 aus führt wenigstens eine Verbindungsbohrung 14 durch die Nabenscheibe 16 in den Aufnahmbehälter 10 zurück.

Durch die schräge Beschaufelung (siehe Fig. 2) wird in bekannter Weise eine besonders intensive Durchströmung des Arbeitsraumes und damit eine hohe spezifische Leistung erreicht. Infolge der dauernden Druckverbindung des Arbeitsraumes 5 über die Auslaßbohrungen 7 zum Ventil 8 tritt während des normalen Betriebes der Kupplung stets eine gewisse Menge Arbeitsflüssigkeit in den Aufnahmebehälter 10 aus. Der dabei herrschende Druck ist dem jeweils von der Kupplung übertragenden Drehmoment proportional. Wird nun die Drehzahl des Primärschaufelrades 2, das im allgemeinen proportional der Motordrehzahl angetrieben wird, plötzlich erhöht, so bedeutet dies für die Kupplung eine momentane Überlast. Das Sekundärschaufelrad 4 besitzt dabei noch eine geringere Drehzahl, was bedeutet, es liegt ein hoher Schlupf vor. Die plötzliche Drehzahlerhöhung durch das Primärschaufelrad 2 führt zu einem höheren Druck an dem Ventil 8 und damit zu einem verstärkten Ableiten von Arbeitsmittel aus dem Arbeitsraum 5. Auf diese Weise wird der Füllungsgrad des Arbeitsraumes reduziert und damit das Drehmoment des Sekundärschaufelrades 4 trotz höherer Primärdrehzahl konstant gehalten. Zusätzlich wird der Füllungsgrad, wie oben erklärt, durch den Thermostaten 15 in Abhängigkeit von der Temperatur des Motorkühlwassers gesteuert.

18.09.84
Lo/Sh/Bre
0164 S.88-95

Claims

G 3995 3. M. Voith GmbH Kennwort: "Innerer Aufnahmbehälter Heidenheim Patentansprüche

1. Hydrodynamische Regelkupplung, mit einem Primärschaufelrad (2) und einem Sekundärschaufelrad (4), deren Schaufeln gegen die Kupplungsachse (20) geneigt sind, wobei die Schaufelräder (2, 4) einen torusförmigen Arbeitsraum (5) begrenzen, der mit einem Einlaß (6) und einem Auslaß (7) für das Arbeitsmittel versehen ist, wobei das Arbeitsmittel über wenigstens eine tangential

zur Begrenzung des Arbeitsraumes (5) verlaufende Auslaßbohrung (7) aus dem Arbeitsraum (5) in einen Aufnahmebehälter (10) ableitbar ist, mit einem der Auslaßbohrung (7) zugeordneten Ventil (8), das den Füllungsgrad des Arbeitsraumes (5) bestimmt,

dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Außen- und Innendurchmesser (Da/Di) des Arbeitsraumes (5) nur etwa zwischen 1,2 und 1,6 beträgt, und daß der Aufnahmebehälter (10) radial innerhalb des Arbeitsraumes (5) angeordnet und von Wänden (16, 18) des Primär- und des Sekundärschaufelrades (2 bzw. 4) umschlossen ist.

2. Hydrodynamische Regelkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnahmebehälter (10) im wesentlichen in den freien Innenraum des Sekundärschaufelrades (4) gelegt ist.

3. Hydrodynamische Regelkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßbohrungen (7) im Sekundärschaufelrad (4) nach innen zur Kupplungsachse hin gerichtet sind.

4. Hydrodynamische Regelkupplung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein fliehkraftbetätigtes Überströmventil (11) im Auslaß (7) angeordnet ist.

5. Hydrodynamische Regelkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überströmventil (11) bzw. die Uberstömventile in einer Zweigleitung bzw. in Zweigleitungen der Auslaßbohrung(en) (7) angeordnet ist bzw. sind.

6. Hydrodynamische Regelkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer Außendichtung (22), die zwischen der Antriebswelle (1) und einer mit dem Sekundärschaufelrad (4) umlaufenden Schale (9) angeordnet ist, dadurch gekennzeicnnet, daß - von innen nach außen gesehen - vor der Außendichtung (22) eine zusätzliche Dichtung (12), z.B. ein Labyrinthspalt, angeordnet ist, und daß sich zwischen den oeiden Dichtungen (12 und 22) ein Auffangraum (13) für Lecköl befindet, der über eine oder mehrere Verbindungsbohrungen (14) mit dem Aufnahmbehälter (10) verbunden ist.

18.09.84
Lo/Sh/Bre
0164k S.96/97