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Strömungskupplung Die Strömungs- oder Turbokupplung überträgt bekanntlich
das eingeleitete Drehmoment verlustlos, während die eingeleitete Leistung nur mit
Verlust übertragen wird. Ein Maß für die Höhe des Verlustes ist der Schlupf der
Kupplung. Beträgt dieser beispielsweise 2°/0, dann ist der Wirkungsgrad der Leistungsübertragung
g800. Man ist daher bestrebt, innerhalb eines gewissen Drehzahlbereiches einen möglichst
geringen Schlupf zu erhalten, und zwar soll möglichst der für die höchste Drehzahl
auftretende Mindestschlupf bei gleichbleibendem Drehmoment auch bei erheblich niedereren
Drehzahlen eintreten. Bedingung hierfür ist, daß mit steigender Leistung bzw. steigendem
Drehmoment auch die Antriebsdrehzahl entsprechend erhöht wird. Durch eine Verdopplung
der Drehzahl kann das vierfache Moment oder die achtfache Leistung übertragen werden.
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Bei Turbokupplungen, die zum Antrieb von Propellern dienen, ist die
genannte Forderung nach einem über den ganzen Drehzahlbereich gleichen Schlupf ohne
weiteres zu erfüllen, da die Leistungsaufnahme beispielsweise eines Schiffspropellers
den gleichen Gesetzen folgt, die für die Turbokupplung gelten, nämlich daß bei Verdopplung
der Drehzahl das vierfache Moment bzw. die achtfache Leistung aufgenommen wird.
Bei einer zum Antrieb eines Propellers, Ventilators o. dgl. dienenden Kupplung ist
demnach der Schlupf bei allen Drehzahlen gleich groß, und es ist bei der Ausbildung
solcher Kupplungen nur darauf zu achten, daß der absolute Wert des Schlupfes möglichst
klein ist.
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Bei Turbokupplungen, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen dienen, liegen
die Verhältnisse jedoch anders. Der Verbrennungsmotor, wie er für Kraftfahrzeuge
größtenteils verwendet wird, entwickelt nämlich innerhalb eines großen Drehzahlbereiches
(etwa z2oo bis 35oo;Ufmin) ein etwa gleichbleibendes Moment. Das Maximum des Drehmoments
liegt häufig annähernd bei 2ooo U/min.
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Während also beim Motor mit abnehmender Drehzahl innerhalb des üblichen
Bereichs der Betriebszahlen das Drehmoment nicht zurückgeht, bei der Kupplung aber
bei gleichbleibendem Schlupf mit abnehmender Drehzahl
auch das
Moment zurückgeht, muß bei der Kupplung, die derart ausgelegt ist, daß sie bei der
größten Leistung des Motors ihren Mindestschlupf aufweist, bei abnehmender Drehzahl
des Antriebsmotors wegen des dabei etwa gleichbleibenden 1Motorinoments der Schlupf
erheblich zunehmen.
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Die Automobilkupplung arbeitet also im Gegensatz zur Kupplung beim
Propellerantrieb bei anhaltendem maximalem Motordrehmoment innerhalb ihres normalen
Betriebsdrehzahlbereiches mit veränderlichem, mit abnehmender Motordrehzahl zunehmendem
Schlupf.
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Bei der Automobilkupplung ist nun außerdem auch noch darauf zu achten,
daß das Leerlaufanfahrniornent, d. 1i. das Moment, das die Kupplung bei zoo°lo Schlupf
überträgt, nicht zu hoch ist, da sonst der mit Leerlaufgas laufende 'Motor abgewürgt
wird bzw. der \\'agen durch Erhöhen des Leerlaufgases zum Anfahren gebracht wird.
Da nun gerade eine Kupplung, die derart ausgelegt ist, daß sie für Motorhöchstleistung
einen kleinsten Schlupf aufweist, ein zu hohes Leerlaufanfahrmoment ergibt, besteht
besonders bei Automobilkupplungen das `'erlangen nach einer Maßnahme, die eine Verringerung
des Durchschnittsschlupfes bringt ohne gleichzeitige Erhöhung des Leerlaufanfahrmoments.
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So wie es für die Automobilkupplung gezeigt wurde, geht auch bei anderen
Kupplungsarten, insbesondere auch für die sog. Regelkupplung, bei der durch Schlupfregelung
eine stufenlose Drehzahlregelung erreicht wird, das Bestreben nach einer Herabsetzung
des Schlupfes und damit des Leistungsverlustes der Kupplung.
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Ein 'Mittel, um den Schlupf so klein als möglich zu halten, besteht
darin, daß der Kupplungskreislauf bis zu den kleinsten Betriebsdrehzahlen herunter
möglichst ganz voll gehalten wird.
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Gemäß der Erfindung wird daher eine Kupplung derart ausgebildet, daß
der Kernraum des Arbeitskreislaufes, um den herum sich beim Betrieb der Kupplung
der kreisende Flüssigkeitswirbelring ausbildet, möglichst stets gefüllt bleibt und
unter möglichst hohem Druck steht. Die Erfindung besteht darin, daß eines oder beide
Schaufelräder der Turbokupplung mit in den Kernraum führenden Förderkanälen' versehen
«erden, die derart angeordnet sind, daß ihre äußeren öffnungen an einer Stelle hohen-
Druckes im oder am kreisenden Flüssigkeitswirbelring liegen bzw. unmittelbar mit
einer solchen. Stelle in Verbindung stehen.
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Es ist an sich bekannt, bei Turbokupplungen die aus einem Hochbehälter
mittels Pumpe, Schiipfrohrso. dgl- gespeisten Fülleitungen im Kernraum münden zu
lassen, hierbei muß aber die Fülleitung stets mit einer außerhalb des Arbeitskreislaufes
liegenden Druckduelle in Verbindung stehen, damit ein stetiges Nachfüllen in den
Kernraum und Unterdruckhalten desselben eintritt. Gemäß der Erfindung dagegen ist
der Kernraum über Förderkanäle unmittelbar an eine Stelle hohen Druckes im Arbeitskreislauf
selbst angeschlossen. Als Anschlußstelle kann hierfür eine Stelle nahe dem größten
Durchmesser des Arbeitskreislaufes gewählt «-erden, oder auch eine Stelle der äußersten
Peripherie des Flüssigkeitswirbelringes, da ja der Druck im Arbeitskreislauf im
.Betrieb, also bei kreisendem Wirbelring, nicht nur in radialer Richtung, sondern
auch vom Kernraum aus nach allen Richtungen in Axialebenen zunimmt.
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Es ist zwar auch schon bekannt, den Kernrauin von Turbokupplungen
durch Förderkanäle mit einem umlaufenden Aufnehmer (Behälter) zu verbinden, aber
bei diesen bekannten Ausführungen stehen die Förderkanäle an ihrem äußeren Ende
unter dein Druck in dem mit der Sekundärdrehzahl umlaufenden Aufnehmer und nicht
wie gemäß der Erfindung unter dem größten oder annähernd größten Druck im Arbeitskreislauf
überhaupt. Diese bekannten Kupplungen finit Aufnehmer bezwecken in erster Linie
eine Z'erminderung des Leerlaufanfahrmoments. Bei ihnen können daher die Förderkanäle
nicht in gleicher Weise wie gemäß der Erfindung zum Unterdruck-setzen und Gefüllthalten
des Kernraumes dienen. Im Gegenteil, inan hat sogar aus Gründen der Platz- und Aufwandersparnis
den Aufnehmer in seiner Größe immer mehr bis auf das zum Vermeiden einer infolge
der Erwärmung zu hohen Drucksteigerung erforderliche 'Maß eingeschränkt, so daß
praktisch kaum mehr ein Flüssigkeitsaustausch zwischen Aufnehinrr und Kreislauf
stattfindet. Die das Leerlaufanfahrinoment herabsetzende Wirkung wurde i vielmehr
durch einen in den Kreislauf einaeset7ten Staurinz erzielt. In folgerichtiger Anwendung
vorliegender Erfindung kann der Schlupf der Aufnehmerkupplung dadurch verbessert
werden, daß der Aufnehmer von der Rückwand des die Förderkanäle enthaltenden Schaufelrades
und dem mit dein anderen Schaufelrad verbundenen Deckel gebildet wird, also nicht
wie nach dein obengenannten bekannten Vorschlag von der Rückwand des die Förderkanäle
enthaltenden sekundären Schaufelrades und einem mit diesem Schaufelrad verbundenen
Deckel.
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Durch diese Ausbildung stehen die Förderkanäle nicht mehr nur mit
dem Aufnehmer selbst in Verbindung, sondern auch finit dein S S palt zwischen den
Schaufelungei der beiden
Kupplungshälften am größten Durchmesser
des Arbeitskreislaufes. Eine solche Ausführung vereinigt also in vorteilhafter Weise
die Wirkung der erfindungsgemäßen Ausführung einer Turbokupplung mit den Vorteilen,
die die bekannte Turbokupplung mit Aufnehmer und Flüssigkeitsaustauschkanälen aufweist.
Dabei wird die Summe der Wirkungen nicht durch ein zusätzliches Mittel, sondern
lediglich durch Weglassen des bisher ausgeführten Zwischendeckels erreicht.
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Für die Anordnung der Förderkanäle bei Kupplungen ohne Aufnehmer ergeben
sich verschiedene Möglichkeiten, je nachdem ob die Förderkanäle an der mit dem Deckel
verbundenen Kupplungshälfte oder in der vom Kupplungsdeckel eingeschlossenen Kupplungshälfte
angeordnet sind und je nachdem an welche Stelle der Peripherie des kreisenden Flüssigkeitswirbelringes
die Förderkanäle angeschlossen werden.
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Die zweckmäßig in Axialebenen liegenden Förderkanäle können dabei
parallel zur Kupplungsachse oder in beliebiger anderer Richtung verlaufen. Sofern
es die mechanische Beanspruchung der Schaufeln zuläßt, können die Schaufeln durchbohrt
und auf diese Weise, die Kanäle gebildet werden, wobei die Schaufeln' an diesen
Stellen entsprechend verstärkt werden können.
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Die erfindungsgemäße Anordnung eines oder mehrerer den Kernraum mit
der Peripherie des kreisenden Flüssigkeitswirbelringes verbindender Leitungen kann
in gleicher Weise bei Kernringkupplungen wie auch bei kernringlosen Kupplungen angewendet
werden.
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Versuche haben gezeigt, daß die Verbindungskanäle gemäß der Erfindung
sowohl bei Kupplungen mit Kernleitring als auch bei solchen ohne Kernleitring zur
Vollhaltung des Kreislaufes, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, beitragen und
damit zur Schlupfverminderung dienen. Insbesondere bei Turbokupplungen mit Aufnehmer
ohne Kernring können die Schlupfverhältnisse durch Anordnung der Füllkanäle für
den-Kernraum gemäß der Erfindung, insbesondere bei niederen Betriebsdrehzahlen,
wesentlich verbessert werden. Es hat sich gezeigt, daß mit Aufnehmerkupplungen,
bei denen der Aufnehmer von der Rückwand des die Verbindungskanäle zwischen Aufnehmer
und Kernraum enthaltenden Schaufelrades und dem dieses Schaufelrad einschließenden,
mit dem anderen Schaufelrad verbundenen Deckel gebildet wird, durch das Fortlassen
des Kernl.eitringes ein kleinerer Gesamtschlupf erzielt wird als mit Aufnehmerkupplungen,
die das Kennzeichen der Erfindung nicht aufweisen, dafür aber mit einem Kernring
ausgestattet sind. Dabei bleibt der Vorteil der Aufnehrnerkupplung bzw. der Aufnehmerkupplung
reit Stauring, nämlich das Umbiegen der Schlupfkurve bei kleinsten Betriebsdrehzahlen,
also das plötzliche Ansteigen des Schlupfes von einem möglichst kleinen Wert bis
auf ioo°jo beim Festbremspunkt vollständig gewahrt.
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Die bisherigen Ausführungen waren durchweg auf Turbokupplungen beschränkt,
es ist aber ohne weiteres ersichtlich, daß dieselben Vorschläge grundsätzlich auch
bei Turbo--,vandlern Anwendung finden können.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Turbokupplung mit Kernring, die Abb. 2 bis 6 Kupplungen
ohne Kernring; in Abb. 7 ist eine Kupplung mit Aufnehmer, Kernring und Stauring
und in Abb. 8 eine Kupplung mit Aufnehmer und Stauring ohne Kernring gezeigt.
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In allen Fällen ist mit i das Primärschaufelrad und mit 2 das Sekundärschaufelrad
bezeichnet. Die das Sekundärschaufelrad umschließende, mit dem Primärlaufrad verbundene
Schale trägt das Bezugszeichen 3. Selbstverständlich könnte die Ausführung auch
so gewählt werden, daß das Sekundärrad den umlaufenden Deckel für das Primärlaufrad
bildet.
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Nach Abb. i sind in einigen Schaufeln des Primärrades achsparallele
Kanäle d. vorgesehen, die durch den ganzen Schaufelkranz hindurchfuhren und den
vom Kernring 5 eingeschlossenen Kernraum 6 über den Spalt 7 zwischen der Rückwand
des Sekundärschaufelrades und der umlaufenden Schale mit dem Spalt 8 zwischen den
beiden Schaufelrädern im größten Durchmesser verbinden. Hierdurch ist die Möglichkeit
geschaffen, daß der Kernraum unter dem großen Druck im Kreislauf sich auffüllt bzw.
daß der gefüllte Kernraufs unter höheren Druck gesetzt wird.
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Bei der in Abb.2 gezeigten Ausführung sind die den Flüssigkeitswirbelring
überbrül;-kenden Verbindungskanäle 4 zwischen Kernraum und einer Stelle großen Druckes
im Primärschaufelrad angeordnet. Sie verlaufen dabei vom Kernraum aus etwa achsparallel
nach außen und werden durch Kanäle 9 in der Rückwand des Primärrades bis zum größten
Durchmesser des Kreislaufes fortgesetzt. Das Sekundärschaufelrad 2 ist bei dieser
Ausführung mit frei tragenden Schaufeln versehen, In Abb.3 sind die Verbindungskanäle
:f über die kurzen Kanäle io an eine Stelle der Peripherie des Kreislaufes angeschlossen.
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Eine ähnliche Ausführung zeigt Abb. d., wo allerdings die Kanäle io
entfallen, da die Schaufeln frei tragend ausgebildet sind. Von der äußersten Peripherie
des Wirbelringe:
kann hier unmittelbar durch den Kanal d. Flüssigkeit
in den hernrauin nachströmen.
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Abb. j zeigt eine Turbokupplung mit Stauring. Die in den Kernraum
mündenden Kan i le 4 sind hierbei durch Kanäle i i an die Peripherie
des Wirbelringes angeschlossen, wo dieser den kleinsten Durchmesser hat. Selbstverständlich
steht hier nicht der gleiche Druck. zur Verfügung wie etwa am größten . Durchmesser,
jedoch kann hier die Stauwirkung eines Stauringes 12 zum Hineindrül:-ken der Flüssigkeit
in den liernr fing mit ausgenutzt werden.
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Wie aus Abb. 6 ersichtlich ist, müssen die Verbindungskanäle d. nicht
unbedingt achsparallel liegen, sondern können auch radial angeordnet sein. Es wird
dabei zweckmäßig eine solche Lage gewählt, die sich auch für die Herstellung am
einfachsten erweist. Bei jenen Ausführungen, bei welchen die Förderkanäle radial
nach außen zum Kernraum führen bzw. wo die Anschlußkanäle i i an die etwa achsparallel
liegenden Kanäle q. radial nach außen führen, ergibt sich besonders bei hohen Drehzahlen
ein starkes Nachfüllen in den Kernraum. Außer in axialer oder radialer Anordnung
können die Verbindungskanäle auch in beliebiger anderer Richtung verlatifell. In
allen Fällen liegen sie jedoch zweckmäßig in Axialebenen unmittelbar an oder in
den Schaufeln selbst.
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^Abb. 7 zeigt eine Kupplung finit Aufnehmer 13 und Stauring 12. Die
Förderkanäle q. verbinden dabei den Kernrauen 6 sowohl mit dein Aufnehmer 13 als
auch mit dem Spalt zwischen den beiden Schaufelrädern am größten Durchmesser des
Kreislaufes über den Zwischenraum 7 zwischen Deckel 3 und Rück-@xand des Sekundärrades
2. Außer durch diese Verbindung des Kernrauilies mit dein Spalt zwischen den beiden
Schaufelrädern wird bei dieser Ausführung eine Verminderung des Schlupfes dadurch
erreicht, daß die etwa iiii Aufnehmer vorhandene Flüssigkeit nicht wie bei den bisher
bekannten Aufnehmerkupplungen mit der Sekundärdrehzahl umläuft, sondern mit einer
höheren Drehzahl, nämlich mit einem Mittelwert zwischen der Priinä r- und der Sekundärdrehzahl.
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Die höhere Drehzahl bedingt eine größere Fliehkraftwirkung und damit
einen stärkeren Druck auf die in den Kernrauen führenden Förderkanäle.
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Dieselbe Kupplung wie in Abb. ;, jledoch: ohne Kernring, ist in Abb.
S dargestellt.