DE682276C - Stroemungskupplung nach Foettingerbauart - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Flüssigkeitskupplung nach Art der Föttingergetrieibe mit 'einem mit Schaufeln versehenen treibenden Teil in Form eines als Ringschale ausgebildeten Mantels, der einem gleichfalls mit Schaufeln versehenen getriebenen Teil ähnlicher Form derart gegenübersteht, daß beide zusammen einen hohlringartigen Arbeitskreislauf bilden, innerhalb dessen die Arbeitsflüssigkeit in Gestalt eines Wirbelringes umzulaufen vermag.

Bekanntlich beträgt das zum Stillsetzen des getriebenen Teiles einer solchen Kupplung bei gleichförmig weiterlaufendem treibendem Teil etwa das 1*5- bis 2ofache des normalen, einem Schlupf von 2 bis 3 o/₀ entsprechenden Lastmoments.

Eine solche Kupplung besitzt zwar die wertvolle Eigenschaft, die Übertragung plötzlicher Stoßbelastungen und Schwingungen abzudämpfen, hat dagegen nur geringen Wert als Mittel zum Begrenzen des Drehmoments in solchen Fällen, wo der Motor im wesentlichen mit gleichbleibender Geschwindigkeit läuft, wie etwa ein Wechselstrommotor. Beispielsweise für die Anwendung bei Steinbrechern, umlaufenden Brunnenbohrzeugen, Walzwerken, Baggern, Förderwerken, Zugwinden usw., die leicht durch Überlastung stillgesetzt werden können, läßt sich die bekannte Art von Flüssigkeitskupplungen nicht als Mittel zum Begrenzen der Belastung brauchen, da es ihr an einem geeigneten Verhältnis zwischen Stillsetzmoment und normalem Treibmoment fehlt.

Solche Kupplungen werden oft, beispielsweise bei Kraftfahrzeugen, zum Ankuppeln eines Motors an ein Wechselgetriebe derjenigen Gattung benutzt, bei welcher die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse unter An-Wendung von Reibkupplungen oder Bremsen eingerückt werden. Bei Getrieben dieser Art ist es möglich, sehr rasch Wechsel von einem Übersetzungsverhältnis zu einem andern vorzunehmen, indem die Reibkupplungen oder Bremsen dazu dienen, die Geschwindigkeiten der treibenden und der getriebenen Wellen des Getriebes in das dem betreffenden Gang entsprechende Geschwindigkeitsverhältnis zu bringen. Wegen der hohen Trägheit des Fahrzeuges kann aber die Geschwindigkeit der getriebenen Welle des Getriebes nicht so rasch geändert werden, so daß ein plötzlicher Gangwechsel eine plötzliche Änderung in der Geschwindigkeit der treibenden Welle des Getriebes und des damit verbundenen getrie-

benen Teiles der Flüssigkeitskupplung hervorruft. Da andererseits wegen der Trägheit des Motors der treibende Teil der Kupplung seine Geschwindigkeit nicht so rasch ändern kann, wie der getriebene Teil es bei plötzlichem Gangwechsel tut, so -steigt der Kupp-' lungsschlupf zeitweilig auf einen sehr hohen" Wert an und bringt das Drehmoment auf ein Vielfaches der gewöhnlichen Höhe. ίο Man hat bereits eine Strömungskupplung nach Art der -Föttingergetriebe vorgesehen, bei welcher, sobald die Belastung einen vorbestimmten Wert überschreitet, der im Augenblick umlaufende Flüssigkeitsstrom selbsttätig verringert wird, aber wieder selbsttätig ansteigt, sobald die Belastung den normalen Wert wieder erreicht. Die Regelung geschieht in Abhängigkeit von Federn, die sich auf eine bestimmte Belastung einstellen lassen, und die das Drehmoment von einem der Kupplungsteile auf die zugehörige Welle übertragen. Bei dieser bekannten Anordnung stellt sich, sobald die Anfangsspannung der Federn überschritten wird und daher eine Relativdrehung zwischen jenem einen Kupplungsteil und der zugehörigen Welle auftritt, dem Arbeitskreislauf als teilweises oder völliges Hindernis ein Drosselement entgegen, das in bekannter Weise drehbar in dem Arbeitskreislauf gelagert ist, oder auch ein Schieber, der sich in bekannter Weise quer zur Strömungsrichtung in den Arbeitskreislauf einschieben läßt; bei Rückkehr zum normalen Betrieb geht das Drosselelement wieder in Öffnungslage.

Eine federbelastete, auf Drehmoment nachgebende mechanische Kupplung dieser Gattung zum Verbinden des treibenden oder des getriebenen Teiles der Flüssigkeitskupplung mit der zugehörigen Welle erscheint zunächst theoretisch brauchbar. In der Praxis hat sich aber ein Mangel herausgestellt. Da nämlich das gesamte, von der Flüssigkeitskupplung überhaupt übertragene Drehmoment auch von der unter Drehmoment nachgebenden mechanischen Kupplung übertragen werden muß, können Reibwirkungen in Verbindung mit der großen Energiemenge, die in den Kupplungsfedern aufgespeichert ist, zu heftigen Drehmomentschwankungen führen, während man doch eine sanft und stetig wirkende Vorrichtung zu haben wünscht.

Zweck der Erfindung ist, eine Flüssigkeitskupplung zu schaffen, deren beschaufelte Teile fest auf ihre Wellen gekeilt sind und bei 'der daher heftige Drehmpmentschwankungen und andere unerwünschte Wirkungen nicht auftauchen, die jedoch nichtsdestoweniger beim ,Betrieb mit normaler Geschwindigkeit ein normales Drehmoment mit geringerem Schlupf überträgt, der getriebenen Welle aber gestattet, zum Stillstand zu kommen, sobald das Drehmoment das normale Vollastmoment auch nur ,wenig überschreitet.

-^Erreicht wird dieser Zweck erfindungsgeroaß durch Anordnung einer Regelfeder oder o|pnes gleichwertigen Mittels, z. B. eines Ge-'" wichtes, außerhalb des Kraftflusses von treibender zu getriebener Welle, so daß die Federkraft nur für den beim Überschreitein eines vorher bestimmten normalen Drehmomentwertes auftretenden Drudcunterschied in der Flüssigkeit vor und hinter dem Ringschieber zu bemessen ist.

Man kann auf der Rückseite eines der Kupplungsteile eine umlaufende Kammer anordnen, die für gewöhnlich in bekannter Weise den Ringschieber aufnimmt, wobei sich jedoch dieser, wie ebenfalls bekannt, durch einen Umfangschlitz des zugehörigen Kupplungsteiles in den Arbeitskreislauf schieben läßt, wobei ferner die Kammer mit dem Arbeitskreislauf entweder in bekannter Weise durch eine in den Kreislaufkern mündendje Leitung in Verbindung steht oder mittels eines Durchlasses, der in einen Raum zwischen der Außenwand der Kammer und einem an den anderen Kupplungsteil befestigten Gehäuse mündet.

Außerhalb der Kupplung kann ein einstellbares Glied vorgesehen sein, das zum Nachstellen der auf den Ringschieber wirkenden Feder dient.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es sind

Fig. i, 2 und 3 drei verschiedene Anordnungen im Längsschnitt,

Fig. 4 Stirnansicht zur Darstellung einer Einzelheit, gesehen in Richtung der Pfeile 4-4 der Fig. 3.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 ist der treibende Teil 2 der Kupplung unmittelbar auf der treibenden Welle 1 befestigt, und am Umfang des treihenden Teiles sitzt ein schalenförmiges Gehäuse 3, das den getriebenen Teil 4 umgibt. Die getriebene Welle 5 durchsetzt dieses Gehäuse, indem sie durch ein Lager 6 geführt ist; eine Dichtung 7, vorzugsweise eine Membrandichtung, etwa nach der deutschen Patentschrift 614 142, verhindert das Entweichen von Flüssigkeit zwischen dem Gehäuse und der getriebenen Welle. Auf der Rückseite der Mantelschale des getriebenen Teiles 4 sitzt ein schüsseiförmiger Teil 4', dessen Durchmesser etwas größer als der Achskreisdurchmesser des Arbeitskreislaufes ist. Die Mitte des Teiles 4' ist als Nabe ausgebildet, die auf der getriebenen Welle s sitzt. So ist eine Kammer 8 gebildet, die nach hinten durch den Teil 4' begrenzt ist, nach vorn durch den radial nach innenliegenden Teil des Mantels des ge-

triebenen Teiles 4 sowie durch ein mit Flansch versehenes becherförmiges Preßstück 9, das mittels Schrauben ι ο an dem inneren Teil des Mantels 4 befestigt ist. Ein kurzer zylindrischer Ringschieber von etwas geringerem Durchmesser als die Kammer 8 befindet sich für gewöhnlich in der Kammer; der Schieber bildet die Felge eines Scheibenrades 12, dessen Nabe 13 auf einer in der

to Kupplungsachse liegenden, mit den Enden an den treibenden und den getriebenen Kupplungsteilen abgestützten Stange 14 verschieblich ist. Stange 14 ist in das Ende der getriebenen Welle 5 eingeschraubt, in der Nabe des treibenden Teiles dagegen bei 15 gelagert.

Die Vorderkante des Ringschiebers liegt für gewöhnlich in einer Ringöffnung 16 des Mantels 4. Wird das Scheibenrad 12 gegen den treibenden Teil 2 hin verschoben, so tritt der Ringschieber 11 durch die Öffnung in den Arbeitskreislauf ein; die Schaufeln des getriebenen Teiles sind entsprechend geschlitzt bei 17, so daß die Bewegung möglieh ist. Sonst können auch der Ringschieber geschlitzt und die Schaufeln ungeschlitzt sein. Eine Druckfeder 18 zwischen der Nabe des Scheibenrades 12. und einem nach innen gewendeten Flansch auf der Innenkante eines Mittelloches im Boden des Bechers 9 drängt den Ringschieber in seine unwirksame Stellung.

In an sich bekannter Weise können ein oder zwei Kernleitringe 19 und 20 an dem Achskreis des Arbeitskreislaufes angeordnet sein, und es können Flüssigkeits- und Luftleitungen 21 und 22 die den Ringschieber enthaltende Kammer 8 und den Kernraum

• verbinden. Sonst kann auch die Kammer, welche für gewöhnlich den Ringschieber birgt, durch ein Loch 23 mit dem Raum verbunden sein, der sich zwischen den Teilen 4, 4' einerseits und dem Schalengehäuse 3 andererseits befindet; dieser Raum steht durch den Spalt zwischen den radial außenliegenden Teilen des treibenden und des getriebenen Teiles in Verbindung mit dem Arbeitskreislauf. Gegebenenfalls können 'Mittel zum Verändern des Flüssigkeitsinhalts der Kupplung während des Betriebes vorgesehen sein.

Die Feder 18 ist gerade stark genug, um den Ringschieber 11 in unwirksamer Lage zu halten, solange der Schlupf in der Kupplung normal und die Strömungsgeschwindigkeit daher gering ist. Steigt dagegen der Schlupf und mit ihm die Strömungsgeschwindigkeit, so entsteht ein Druckunterschied zwischen dem Bereich des Flüssigkeitskreislaufes neben

• der Öffnung 16 und dem Gebiet in der Ringschieberkammer 8 auf der anderen Seite der Öffnung 16. Dieser Druckunterschied dürfte auf dem Umstand beruhen, daß sich das eine Ende des Ringschiebers 11 auch bei unwirksamer Schieberlage an dem Wirbelstrom des Kreislaufes befindet (Fig. 1), während das 6g andere Schieberende ganz außerhalb der Strömung liegt. Steigt also die Geschwindigkeit des Wirbelstromes an und fällt somit der statische Flüssigkeitsdruck an seiner Umgrenzung ab, so vermindert sich der Druck, der auf das Ende des Ringschiebers im Bereich dieser Strömung wirksam ist. Der Druck auf das andere Ende dagegen, an dem das Scheibenrad 12 ansetzt, sinkt nur unwesentlich, weil hier hauptsächlich der statische Druck infolge des Umlaufes der Flüssigkeit in der Ringschieberkammer 8 um die Kupplungsachse zur Geltung kommt, nicht aber der statische Druck des Wirbelkreislaufes um die Kernleitringe 19 und 20 herum. g₀

Der so entstehende Druckunterschied genügt, um den Ringschieber in den Arbeitskreislauf hineinzuziehen. Der Schieber sperrt also nunmehr den Wirbelkreislauf ab und verhindert einen übermäßigen Drehmoment- g₅ anstieg.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 lassen sich der Federdruck und somit die Überlastungsfähigkeit der Kupplung leicht verstellen. Das Ringschieberscheibenrad i2_a ist auf einer _go Stange 24 befestigt, die in der Kupplungsachse angeordnet und in deren Längsrichtung verschieblich ist. Das Vorderende der getriebenen Welle Sa ist bei 25 auf gebohrt und nimmt eine Balgendichtung auf, deren eines _9S Ende an der Nabe i$_a des Rades i2_a und deren anderes Ende an der getriebenen Welle dichtend befestigt ist, hier durch Anklemmen unter einer Hohlschraube 27. Das Hinterende der Stange 24 durchsetzt die Aufbohrung 25 sowie eine Axialbohrung der getriebenen Welle und reicht bis zu einem Schlitz 28 darin, der einen an dem einen Stangenende befestigten Querkeil 29 aufnimmt. Die Enden des Keiles erfassen einen Ring 30, der auf der Welle Sa verschieblich ist und durch eine Feder i8_a nach hinten gedrängt wird; die Feder liegt gegen einen durch Klemmschraube auf der Welle ζ_α befestigten Ring 31 an, der sich so in verschie- |₁₀ denen Lagen längs der Welle einstellen läßt, zum Zweck, die Federlage zu verändern.

Bei dieser Ausführungsform ist der Ringschieber 11 demjenigen nach Fig. 1 ähnlich. Die Ringschieberkammer 8_a steht durch eine _1J5 Öffnung 23 oder eine Mehrzahl davon mit dem Raum zwischen den Bereichen 4_ß und 4«' des getriebenen Teiles einerseits und dem Gehäuse 3« andererseits in Verbindung. Die Wirkungsweise des selbsttätigen Ringschiebers ist bei dieser Kupplung die gleiche, wie sie an Hand der Fig. 1 beschrieben wurde.

Die Balgendichtung ist für diese Bauweise besonders geeignet, denn sie vermeidet die Reibung gewöhnlicher Stopfbüchsen, wodurch die Empfindlichkeit des selbsttätigen Ring-Schiebers herabgesetzt würde.

Ist die Kupplung mit Kernleitringen im Arbeitskreislauf versehen, so kann der Ringschieber im Kernraum untergebracht werden (Fig. 3 und 4). In diesem Beispiel ist das Ringschieberrad 12£ in der Nachbarschaft des treibenden Teiles 2 angeordnet und auf einer Stange 24^ befestigt, die in einer Aufbohrung 32 im Vorderende der getriebenen Welle Sb verschieblich ist. Der Mantel des getriebenen Teiles 4^ und der Kernring 2o_ß sind für den Durchlaß der Radarme bei 33, 34 ausgespart, so daß das Verschieben des Ringschiebers in seine Wirklage möglich ist. Der Schieber tritt dabei durch einen Umfangsspalt 16/, des dem getriebenen Teil angehörigen Kernleitringes 2Oj hindurch, entgegen dem Druck einer Feder 185, die zwischen der Nabe 132, des Rades und dem Vorderende der getriebenen Welle 5ö liegt. Der Ringschieber ist mit einer oder mehreren Längsrippen 35 versehen, die in Aussparungen 36 des Kernleitringes 20/, eintreten; diese Anordnung verhindert, daß sich das Rad an den Kanten, der Schlitze 33 und 34 reibt.

Bei einer Abänderung der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 ist der Kernleitring 20^ weggelassen. Unter gewöhnlichen Last Verhältnissen bei geringem Schlupf bleibt der Schieber 11 & in seiner unwirksamen Stellung, wie gezeichnet. Wächst aber der Schlupf, so steigt die Geschwindigkeit des Wirbelumlaufs, mit dem Ergebnis, daß ein Druckunterschied zwischen dem der Umgrenzung des Arbeitskreislaufes im Teil 4i zugekehrten und dem ihr abgekehrten Ende des Schiebers entsteht, so daß der Schieber in die umlaufende Strömung hereingezogen wird und sie drosselt. Dadurch wird die Fähigkeit der Kupplung zum Übertragen von Drehmoment verhindert.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Strömungskupplung nach Föttinger-

   bauart mit einem selbsttätig wirkenden

   ₅„ Absperrschieber, der sich in den Arbeitskreislauf der Strömungskupplung einschiebt, und zwar entgegen der Kraft einer Regelfeder, zum Zweck, die Fähigkeit der Kupplung zur Übertragung von Drehmoment auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, gekennzeichnet durch die Anordnung der Regelfeder (18, ΐ8_α, ΐ8&) außerhalb des Kraftflusses von. treibender zu getriebener Welle, so daß die Federkraft nur für den beim Überschreiten eines vorbestimmten normalen Drehmomentwertes auftretenden Druckunterschied in der Flüssigkeit vor und hinter dem Ringschieber zu bemessen ist.
2. 2. Kupplung nach Anspruch r, bei der auf der Rückseite eines der Kupplungsteile eine umlaufende Kammer sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringschieber (11) für gewöhnlich in bekannter Weise von der Kammer (8 oder 8_a) aufgenommen wird, sich jedoch, wie ebenfalls bekannt, durch einen Umfangsschlitz (16) dieses Kupplungsteiles (4 oder 4_a) in den Arbeitskreislauf schieben läßt, und daß die Kammer ferner mit dem Arbeitskreislauf entweder in bekannter Weise durch eine in den Kreislaufkern mündende Leitung (21) in Verbindung steht oder mittels eines Durchlasses (23), der in einen Raum zwischen Außenwand (4') der Kammer und einem an den anderen Kupplungsteil (2) befestigten Gehäuse (3 oder 3a) mündet.
3. 3. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring- g_s schieber auf einer Stange (24 oder 24^,) sitzt, die in der Kupplungsachse angeordnet und in einer (ζ_α oder 5/,) dier Kupplungswellen verschieblich gelagert ist. -
4. 4. Vorrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, g₀ dadurch gekennzeichnet, daß ein verstellbares Glied (31) außerhalb der Kupplung angeordnet ist, das dazu dient, die Vorspannung der das Drosselelement belastenden Feder (18_a) zu verstellen.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (24) durch einen Balgen (26) gegenüber der Welle (5„) abgedichtet ist, an der die Stange verschieblich ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen