DE3441510C2 - Flüssigkeitskreislauf für eine hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitskreislauf für eine hydrodynamische Kupplung mit dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Ein Flüssigkeitskreislauf dieser Art ist bekannt aus der Druck­ schrift Cr 101 "Voith-Getrieberegelkupplungen".

Der Flüssigkeitskreislauf dient zu dem Zweck, die bei der Kraft­ übertragung in der hydrodynamischen Kupplung entstehende Ver­ lustwärme abzuführen und um bei Bedarf den Füllungsgrad der Kupplung zu verstellen, z. B. zwecks Veränderung des Kupplungs­ schlupfes (insbesondere Veränderung der Sekundär-Drehzahl). Der Umlauf der Flüssigkeit durch die Kreislaufleitung wird in der Regel ohne besondere Pumpeinrichtung in Gang gehalten; d. h. die hydrodynamische Kupplung sorgt selbst für den Flüssigkeitsum­ lauf, vorzugsweise mit Hilfe des für die Einstellung des Füllungs­ grades vorhandenen beweglichen Schöpfrohres. Bei anderen Ausführungsformen kann auch die Pumpwirkung der Kupplungs-Schau­ felräder die Flüssigkeitsströmung durch die Kreislaufleitung bewirken.

Die im Anspruch 1 erwähnte Füllpumpe bewirkt beim Anfahren der Kupplung das Füllen der Kreislaufleitung und der Kupplung mit Flüssigkeit. Während des normalen Betriebes braucht diese Füll­ pumpe im wesentlichen nur dann Flüssigkeit in die Kreislauflei­ tung zu fordern, wenn der Füllungsgrad der Kupplung erhöht wer­ den soll. Ansonsten dient sie lediglich zum Nachspeisen einer kleinen Flüssigkeitsmenge zum Ausgleich etwaiger Flüssigkeits­ verluste. Wenn durch Verstellen des Schöpfrohres eine Verringe­ rung des Kupplungs-Füllungsgrades ausgelöst wird, dann strömt die überschüssige Flüssigkeitsmenge durch das im Anspruch 1 er­ wähnte Überströmventil in einen Vorratsbehälter, aus dem die Füllpumpe die Flüssigkeit wieder ansaugt.

Flüssigkeitskreisläufe der zuvor beschriebenen Art haben sich in vielen Antriebsanlagen mit hydrodynamischen Kupplungen bewährt. Jedoch hat man hin und wieder beobachtet, daß die durch die Kupplung anzutreibende Maschine (z. B. Kesselspeisepumpe) nicht mit der gewünschten Drehzahl-Stabilität läuft. Als Ursache hier­ für konnte festgestellt werden, daß während des normalen Betrie­ bes die Füllpumpe eine zu große Flüssigkeitsmenge in den-Kreis­ lauf fördert, so daß die Förder-Kapazität des Schöpfrohres über­ schritten wurde. Dies hatte zumindest zeitweise zur Folge, daß sich unbeabsichtigt ein zu hoher Kupplungsfüllungsgrad einstell­ te oder die Kupplung sogar "überflutet" wurde.

Bisher ist versucht worden, diese Gefahr der Überflutung der Kupplung und der daraus resultierenden Drehzahl-Instabilitäten dadurch zu beseitigen, daß in die Druckleitung der Füllpumpe ein Drosselelement (Blende, Drossel oder dergleichen) eingebaut wird. Dieses Drosselelement wirkt jedoch nur dann in dem ge­ wünschten Sinne, wenn ein ziemlich kleiner Drosselquerschnitt vorgesehen wird. Dieser hat dann den Nachteil zur Folge, daß beim Starten, d. h. beim Hochfahren der durch die Kupplung ange­ triebenen Maschine, oder bei einer später erforderlichen Erhö­ hung des Kupplungsfüllungsgrades (z. B. zwecks Erhöhung der Sekundär-Drehzahl) der durch das Drosselelement passierende Flüssig­ keitsstrom zu klein ist. Mit anderen Worten: Das Hochfahren der anzutreibenden Maschine oder eine gewünschte Drehzahlerhö­ hung erfolgt zu langsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Mit anderen Worten: Der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene Flüssigkeitskreislauf soll dahinge­ hend verbessert werden, daß die hydrodynamische Kupplung einer­ seits mit hoher Drehzahl-Stabilität arbeitet und andererseits beim Anfahren und bei einer gewünschten Drehzahlerhöhung mög­ lichst rasch reagiert.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 an­ gegebenen Merkmale gelöst. Durch diese Maßnahmen wird ein Über­ fluten der Kupplung mit Sicherheit verhindert und trotzdem eine schnelle Füllung der Kupplung gewährleistet, was zum Erzielen schneller Regel- und Startvorgänge erforderlich ist. Durch das in der Füllpumpen-Druckleitung angeordnete fest eingestellte Drosselelement ist ein ständig offener Mindest-Durchflußquer­ schnitt vorhanden, der für den Ausgleich der kleinen Nachfüll­ mengen während des stationären Betriebes der Kupplung ausreicht. Außerdem wird durch das gemäß der Erfindung parallel zum Dros­ selelement angeordnete Schnellfüllventil erreicht, daß für die größeren, insbesondere für die schnellen Füll- und Regelvor­ gänge vorübergehend ein vergrößerter Durchflußquerschnitt zur Verfügung steht. Dabei ist es besonders günstig, daß das Öffnen des Schnellfüllventils selbsttätig ausgelöst wird durch ein Ab­ sinken des Flüssigkeitsdruckes, der am Auslaß des Schnellfüll­ ventils und somit an der Einmündung der Füllpumpen-Druckleitung in die Kreislaufleitung herrscht. Man nützt hierbei in geschick­ ter Weise den Umstand, daß - auf einen Befehl zum Starten oder zum Erhöhen der Sekundärdrehzahl - das Schöpfrohr derart ver­ stellt wird, daß seine Fördermenge und sein Förderdruck gegen Null gehen. Dieses Absinken des Druckes in der Kreislaufleitung löst dann, wie gesagt, das Öffnen des Schnellfüllventils aus, so daß die Füllpumpe rasch eine große Flüssigkeitsmenge in die Kreislaufleitung und in die Kupplung einspeisen kann.

DE-AS 12 37 388 zeigt und beschreibt eine Strömungskupplung mit einem Flüssigkeitskreislauf vom Arbeitsraum über ein verstellbares Schöpfrohr und wieder zurück zum Arbeitsraum. Dabei ist das verstellbare Schöpfrohr mit der Druckleitung der Füllpumpe verbunden. In der Druckleitung ist ein Drosselventil vorgesehen. Diese Schrift zeigt jedoch nicht die erfindungsgemäße Schaltung zwischen dem Drosselventil und einem Schnellfüllventil.

DE 32 11 337 C2 betrifft eine hydrodynamische Regelkupplung. Dabei soll das Drehmoment schnell und vom Schlupf unabhängig eingestellt werden können. Auch diese Schrift offenbart nicht die erfindungsgemäßen Merkmale.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt schematisch, d. h. mit den üblichen Symbolen, einen Flüssigkeitskreislauf für eine hydrodynamische Kupplung und die dazugehörenden Steuerelemente.

Das mit 10 bezeichnete Symbol stellt eine hydrodynamische Kupp­ lung dar. Diese dient beispielsweise zum Kuppeln eines nicht dargestellten Antriebsmotors mit einer ebenfalls nicht darge­ stellten Arbeitsmaschine, z. B. einer Kessel-Speisepumpe, deren Drehzahl variabel ist.

Die hydrodynamische Kupplung 10 hat einen äußeren Flüssigkeits­ kreislauf. Dieser setzt sich zusammen aus einer Leitung 12, die einen Auslaß der Kupplung 10 mit einem Kühler 13 verbindet, und aus einer Leitung 14, die den Kühler 13 über ein Durchfluß­ steuerventil 15 mit dem Einlaß der Kupplung 10 verbindet. Mit dem Pfeil 11 ist symbolisch dargestellt, daß der Füllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung 10 veränderbar ist, vorzugsweise mit Hilfe eines bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten beweglichen Schöpfrohres. Vorzugsweise ist (wie aus der eingangs genannten Druckschrift bekannt) die Stelleinrichtung für das Schöpfrohr mechanisch mit einer Kurvenscheibe 16 gekoppelt, die gleichzeitig mit dem Verstellen des Schöpfrohres den Durchfluß­ querschnitt des Steuerventils 15 verstellt. In besonderen Fällen kann jedoch anstelle des Durchflußsteuerventils 15 eine nicht steuerbare Drossel oder Blende vorgesehen werden.

An den Teil 14 der Kreislaufleitung ist ein zur Druckbegrenzung dienendes Überströmventil 17 angeschlossen, dessen Auslaß in einen Flüssigkeitssumpf 18 mündet. Eine Füllpumpe 19 saugt Flüssig­ keit aus dem Sumpf 18 an und fördert sie über eine Drucklei­ tung 20 in den Teil 14 der Kreislaufleitung. Die Einmündung der Druckleitung 20, 20′ in die Kreislaufleitung 14 liegt in Strö­ mungsrichtung vor dem Durchflußsteuerventil 15. Zwischen die Teile 20 und 20′ der Druckleitung ist ein fest eingestelltes Drosselelement (Drossel, Blende 21) eingebaut.

Parallel zu dem Drosselelement 21 ist ein sogenanntes Schnell­ füllventil 22 angeordnet; d. h. die Pumpe 19 kann bei Bedarf zusätzlich über das Schnellfüllventil 22 Flüssigkeit in die Kreislaufleitung 14 einspeisen. Der bewegliche Ventilkörper 23 des Schnellfüllventils 22 wird durch den Druck, der hinter dem Drosselelement 21 im Teil 20′ der Füllpumpen-Druckleitung (und somit auch in der Kreislaufleitung 14) herrscht, in Richtung "Schließen" verstellt, symbolisch dargestellt durch die Steuer­ leitung 24. Diesem Druck wirkt entgegen die Kraft einer Feder 25. Diese Feder 25 öffnet das Schnellfüllventil 22, wenn der in seinem Auslaß (oder mit anderen Worten: in den Leitungen 20′ und 14) herrschende Druck einen bestimmten Grenzwert unterschreitet. Dies ist, wie oben erläutert, insbesondere dann der Fall, wenn auf einen Steuerbefehl zum Beschleunigen der Arbeitsmaschine der vom Schöpfrohr erzeugte Druck in der Kreislaufleitung 12, 14 absinkt. Solange der Druck in den Leitungen 20′ und 14 oberhalb des genannten Grenzwertes liegt, ist das Schnellfüllventil 22 geschlossen.

Als Füllpumpe 19 wird vorzugsweise eine Kreiselpumpe vorgesehen. Sollte der Förderdruck dieser Pumpe aus irgendwelchen Gründen schwanken, dann ist es zweckmäßig, das Öffnen des Schnellfüll­ ventils 22 zusätzlich von diesem Förderdruck (d. h. dem Druck im stromaufwärtigen Teil 20 der Druckleitung) abhängig zu machen; d. h. der Druck im Teil 20 der Füllpumpen-Druckleitung wirkt in Richtung Öffnen des Schnellfüllventils 22, symbolisch darge­ stellt durch die gepunktete Steuerleitung 26. Wenn diese vorge­ sehen wird, dann ist es zweckmäßig, die Druckfeder 25 wegzulas­ sen oder auf der Gegenseite (d. h. auf der Seite der Steuerlei­ tung 24) eine Druckfeder anzuordnen.

Anstelle einer Kreiselpumpe 19 kann auch eine volumetrische Pum­ pe vorgesehen werden, an deren Auslaß ein zusätzliches Druckbe­ grenzungsventil angeschlossen ist.

Claims (3)

1. Flüssigkeitskreislauf für eine hydrodynamische Kupplung (10) mit den folgenden Merkmalen:

• a) eine Kreislaufleitung (12, 14), die an einen Auslaß der Kupplung (10) angeschlossen ist, verläuft über einen Kühler (13) und über ein Durchfluß-Steuerelement (Drossel, Blende oder Ventil 15) zurück zu einem Einlaß an der Kupplung;
• b) in Strömungsrichtung vor dem Durchfluß-Steuerelement (15) sind an die Kreislaufleitung (12, 14) ein zur Druckbegrenzung dienendes Überströmventil (17) und die Druckleitung (20, 20′) einer Füllpumpe (19) angeschlos­ sen; dadurch gekennzeichnet,
• c) daß in der Druckleitung (20, 20′) der Füllpumpe (19) ein fest eingestelltes Drosselelement (Drossel, Blende 21 und hierzu parallel ein Schnell­ füllventil (22) angeordnet ist, das sich selbsttätig öffnet, wenn der in seinem Auslaß (Leitung 20′) herr­ schende Druck einen bestimmten Grenzwert unterschreitet.

2. Flüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Drosselelement (21) und das Schnellfüllventil (22) zu einer Ventileinheit zusammengefaßt sind, wobei der bewegliche Ventilkörper (23) des Schnellfüllventils eine das Drosselelement darstellende Durchtrittsöffnung aufweist.

3. Flüssigkeitskreislauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich das Schnellfüllventil (22) dann selbsttätig öffnet, wenn die Differenz zwischen dem Förder­ druck der Füllpumpe (19) und dem im Auslaß des Schnellfüll­ ventils (22) herrschenden Druck einen bestimmten Grenzwert überschreitet.