DE7501211U - Hydrodynamische Stellkupplung - Google Patents
Hydrodynamische StellkupplungInfo
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Description
IHI ,
* ·
ap/G 335^ Voith Turbo KG
Kennwort: "Springbrunnenkupplung" Crailsheim
Hydrodynamische Stellkupplung
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Stellkupplung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Eine brannte Kupplung dieser Bauart (Voith-Druck G 596, Bild 5)
weist einen tiefliegenden Vorratsbehälter für Arbeitsflüssigkeit auf. Als Ablaufeinrichtung für Arbeitsflüssigkeit vom Arbeitsraum
in den Vorratsbehälter ist unterhalb des Arbeitsraumes ein feststehendes Schöpfrohr angeordnet. Die zum Zurückführen von
Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum dienende Zulaufeinrichtung umfaßt eine von der Welle des Primärschaufelrades angetriebene
Fülipumpe, deren Druckleitung über das Steuerventil mit dem
Arbeitsraum verbunden ist. Der Füllungsgrad im Arbeitsraum und damit die Drehzahl des Sekundär-Schaufelrades kann durch Verstellen
des Steuerventils eingestellt werden. Das Verstellen des Steuerventils kann seinerseits durch eine Regeleinrichtung erfolgen, und
zwar in Abhängigkeit von irgendeiner zu regelnden Größe, z.B. einer Temperatur (wenn durch die Kupplung ein Ventilator angetrieben
wird) oder eines Druckes (wenn durch die Kupplung eine Pumpe angetrieben wird).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Stellkupplung anzugeben, die gegenüber der bekannten Kupplung im
Aufbau einfacher ist und dennoch wie bisher als Stellglied in einem Regelkreis einsetzbar ist. Diese Aufgabe wird durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß speziell bei einer vertikalachsigen Kupplung der zum Einstellen des Füllungsgrades
und zum Kühlen der Arbeitsflüssigkeit erforderliche Flüssigkeitskreislauf vom Arbeitsraum in den Vorratsbehälter und wieder zurück
durch die folgenden Maßnahmen viel einfacher als bisher bewerk-
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stelligt werden kann: Man ordnet zunächst den Vorratsbehälter
und eine am Arbeitsraum vorgesehene Ablauföffnung derart an, da.3 die Arbeitsflüssigkeit - wenn die Kupplung im gefüllten oder
teilgefüllten Zustand rotiert - im freien Strahl aus derr. Aroeiti:-
raum in den sich ringförmig um die Schaufelräder erstreckender. Vorratsbehälter übertreten kann. Es kann eine Ablauföffnung oder
es können mehrere Ablauföffnungen vorgesehen werden. Die einzelne
Ablauföffnung kann sich radial in bezug auf die Kupplungsdrehacnse
erstrecken; vorzugsweise wird man sie jedocn in einer Richtung schräg nach oben anordnen, damit der Vorratsbehälter nicht :u tie:',
sondern möglichst etwa gleich hoch wie der Arbeitsraum zu liegen kommt. Es kommt nämlich darauf an, daß die ArbeitsfLässigkeit beirr.
Zulauf zurück in den Arbeitsraum, wie irr. Anspruch 1 ar.gegeoer.,
allein aufgrund der Höhendifferenz vom Vorratsbehälter über das Steuerventil in den direkt unterhalb der Schaufelräder liegender.
Bereich zuströmen kann. Von dort wird die Arbeitsflussigkeit unter
Umständen ohne besondere Maßnahmen, d.h. lediglich durch eine .;eei,;·
nete öffnung in den Arbeitsraum eintreten.
Vielfach wird es jedoch zweckmäßig sein, gemäß Anspruch 2 ein rr.it
dem Primärschaufelrad umlaufendes Bauteil zum Vieiterfördern der
Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum hinein vorzusehen. Dieses
Bauteil kann in sehr unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Da die Arbeitsflüssigkeit beim Anstieg von dem genannten Bereich bis
zum Arbeitsraum nur eine sehr kleine Höhendifferenz von höchstens
einigen Zentimetern überwinden muß, ist hierzu keine Pumpe erforderlich. Es genügt vielmehr, ein geeignetes Teil, das mit dem Primärrad
umläuft, z.B. als Schleuderscheibe auszubilden. Hierfür kann z.B. die ohnehin stets erforderliche Schale, die mit einem der
Schaufelräder umläuft und das andere Schaufelrad umhüllt, benutzt werden, sofern diese Schale mit dem Primärrad umläuft und sofern
das Primärrad oberhalb und die Schale unterhalb des Sekundärrades liegt (Anspruch 3). Man wird in diesem Falle die vom Vorratsbehälter
ausgehende und durch das Steuerventil führende Zulaufleitung
vorzugsweise in die Schale einmünden lassen, die sodann die Arbeils·
flüssigkeit durch den zwischen der Schale und dem Sekundärrad befindlichen Spalt in den Arbeitsraum hinein befördert (Anspruch 6).
Diese Ausführung hat sich im Versuch besonders gut bewährt.
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Palls Jedoch das Primärrad unterhalb des Sekundärrades liegt,
wird man zweckmäßig auf der Unterseite des Primärrades radial innerhalb des Arbeitsräumes am Primärrad eine Schleuderscheibe
befestigen, von der aus die Arbeitsflüssigkeit durch Bohrungen in den Arbeltsraum gelangt (Ansprach 4). Man kann aber auch,
ähnlich wie bei der Ausführung gemäß Anspruch 3, die Arbeitsflüssigkeit
einer mit dem Sekundärrad umlaufenden Schale zuführen. Nur mufl dann der Transport der Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum
hinein durch die Unterseite des Primärrades bewirkt werden, das zu diesem Zweck mit der Schale einen verhältnismäßig engen
Spalt bildet (Anspruch 5), Zwecks Erhöhung der Förderwirkung kann das P.lmärrad auf der Unterseite Rippen aufweisen.
In all den genannten Fällen erhält man eine äußerst einfache und
robuste Bauart einer Stellkupplung, da weder eine Füllpumpe noch ein Schöpfrohr für das Aufrechterhalten des Flüssigkeitsumlaufes
erforderlich ist. Der Füllungsgrad kann wie bei der bekannten Kupplung durch Verstellen des in der Fülleitung angeordneten Steuerventils
eingestellt werden. Die Abmessungen des die Kupplung umfassenden und den Vorratsbehälter bildenden Gehäuses können aufgrund
der Erfindung Insbesondere in vertikaler Richtung sehr klein gehalten
werden.
Die erfindungsgemäße Stellkupplung kann für beide Kraftflußriohtungen,
nämlich von oben nach unten und von unten r.ach oben, ausgestaltet werden. Auch hat man grundsätzlich für beide Kraftflußrichtungen
freie Wahl, ob das obere Schaufelrad das Primär- und das untere das Sekundärrad sein soll oder umgekehrt. Dabei kann die schon genannte
und mit einer der beiden Schaufelräder umlaufende Schale unter Umständen auch mit der betreffenden Antriebswelle verbunden
sein, z.B. wenn, bei KraftfJußrichtung von unten nach oben, das
obere Schaufelrad das Primärrad und das untere Schaufelrad das Sekundärrad ist. Man wird hierbei lediglich solche Ausführungen möglichst
vermeiden, bei denen eine zur Zuführungseinrichtung gehörende Rohrleitung durch eine der Wellen hindurchgeführt werden müßte,
weil hierzu aufwendige Dichtungseinrichtungen erforderlich wären.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung (Anspruch 7) wird vorzugsweise ein zusätzlicher, radial innerhalb des Vorratsbehälters
und unterhalb der Schaufelräder angeordneter Behälter vorgesehen, der in erster Linie zur Aufnahme von Leckflüssigkeit dient.
Das Rückfördern der Leckflüssigkeit aus diesem zusätzlichen Behälter in den Vorratsbehälter kann ebenfalls in einfacher Weise mit Hilfe
eines mit einem der Schaufelräder umlaufenden Bauteiles erfolgen. Bevorzugt wird man hierzu wiederum die mit dem Primärrad umlaufende
Schale oder die Unterseite des Primärrades selbst benutzen. Grundsätzlich kommen hierzu aber auch solche Bauteile in Betracht, die
mit dem Sekundärrad umlaufen, sofern es als zulässig erachtet werden kann, daß das Rückfördern der Leckflüssigkeit nur oberhalb
einer bestimmten Sekundärdrehzahl stattfindet.
Wenn die Kupplung zum Stillstand kommt, wird ein Teil der Arbeitsflüssigkeit
stets vom Arbeitsraum in den direkt unterhalb der Schaufelräder liegenden Bereich zurückströmen, mindestens soweit
die Arbeitsflüssigkeit nicht in dem jeweils untenliegenden Schaufelrad verbleibt. Sofern die mit dem einen Schaufelrad verbundene
Schale unterhalb der Schaufelräder liegt, ist es zwar grundsätzlich denkbar, daß der vorgenannte Teil der Arbeitsflüssigkeit in dieser
Schale aufgefangen und beim Wiederanlaufen der Kupplung direkt in den Arbeitsraum zurückgefördert werden kann. In der Regel wird
jedoch das Volumen dieser Schale zur Aufnahme dieses Teiles der Arbeitsflüssigkeit nicht ausreichen; dieser wird daher in den vorgenannten
zusätzlichen Behälter übertreten und beim Wiederanlaufen der Kupplung auf dem gleichen Wege wie die Leckflüssigkeit zurück
in den Vorratsbehälter gelangen.
Die erfindungsgemäße hydrodynamische Stellkupplung ist besonders geeignet für den Antrieb einer Kreiselpumpe mit verhältnismäßig
geringer Leistungsaufnahme, nämlich bis etwa 10 kW.
Solche Pumpen dienen zur Drucksteigerung z.B. in Wasserversorgungsnetzen. Hier besteht die Forderung nach konstantem Austrittsdruck,
wobei Zulaufdruck und Volumenstrom häufig starken Schwankungen
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unterworfen sind. Als Antriebsmaschine wird bevorzugt ein einfacher
Kurzschlußläufer-Elektromotor verwendet. Die Regelung des Druckes erfolgt mit Hilfe einer an sich bekannten Regeleinrichtung und durch
die erfindungsgemäße hydrodynamische Steilkupplung als Stellglied, wobei die Regeleinrichtung das Steuerventil derart verstellt, daß
die daraus resultierende Veränderung der Sekundärdrehzahl (= Drehzahl der Kreiselpumpe) eine Angleichung des Austrittsdruckes an
den Sollwert bewirkt. Bei solchen Kreiselpumpenantrieben wird die vertikalachsige Pumpe bevorzugt unterhalb des Antriebes (mit
ihrem Saugstutzen nach unten gerichtet) angeordnet; direkt auf der Pumpe liegen dann die Kupplung und der Elektromotor. Man erhält
hierdurch eine besonders platzsparende Pumpenanlage. Der entscheidende Vorzug liegt aber in der Einfachheit der schon oben
beschriebenen Druckregelung. Bisher mußten nämlich derartige Pumpenanlagen - von den Ausführungen mit Windkessel ganz abgesehen entweder
mit polumschaltbaren Elektromotoren oder mit elektrisch dre.hzahlregelbaren Motoren ausgerüstet werden. Die allgemeine Verwendung
der bekannten hydrodynamischen Stellkupplung zu dem genannten Zweck wurde bisher durch deren hohe Herstellungskosten behindert.
Erst durch die Erfindung wurde eine hydrodynamische Stellkupplung von außergewöhnlicher Einfachheit geschaffen, die gerade zum Antrieb
von Arbeitsmaschinen kleiner Leistung besonders geeignet ist.
Dazu gehören außer den genannten Kreiselpumpen auch Ventilatoren oder andere mit wechselnden Drehzahlen anzutreibende Maschinen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend anhand der
Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
Fig. 1 eine hydrodynamische Stellkupplung im Längsschnitt
mit Kraftflußrichtung von oben nach unten;
Pig. 2 eine ähnliche Kupplung, jedoch mit Kraftflußrichtung von unten nach oben;
Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Kupplung; Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Kupplung.
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In Fig. 1 sind strichpunktiert die zu einer vertikalachsigen
Kreiselpumpenanlage gehörende Pumpe 10 und deren Antriebsmotor dargestellt. Zwischen diesen befindet sich eine gemäß der Erfindung
ausgebildete hydrodynamische Stellkupplung, die insgesamt mit
20 bezeichnet ist und die folgende Teile umfaßt:
21 Primär- (oder Pumpen-)Schaufelrad, drehfest mit dem
Abtriebszapfen 12 des Motors 11 verbunden;
22 Sekundär- (oder Turbinen-Schaufelrad, drehfest mit dem
Antriebszapfen Ij5 der Kreiselpumpe 10 verbunden;
2^ von den Schaufelrädern 21 und 22 gebildeter torusfö'rmiger
Arbeitsraum, der teilweise mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt ist;
24 am Primärrad 21 befestigte und das Sekundärrad 22 umhüllende
Schale;
25 als Ablaufeinrichcung für Arbeitsflüssigkeit dienende und im
Primärrad 21 angeordnete Entleeröffnung;
26,27 feststehendes Kupplungsgehäuse mit Deckel, dienen zugleich zur Abstützung des Motors 11 auf der Pumpe 10;
28 vom Gehäuse 26 gebildeter, ringförmiger, im Querschnitt U-förmiger Vorratsbehälter, der die Schaufelräder 21,22 unmittelbar
umhüllt und die aus den Entleeröffnungen^erausspritzende
Arbeitsflüssigkeit auffängt;
29 Kühlrippen am Vorratsbehälter 2δ;
50 Zulaufleitung vom Vorratsbehälter 28 zu dem zwischen 3chale
24 und Sekundärrad 22 befindlichen Spalt;
3I in die Zulaufleitung eingebautes Steuerventil, das durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte, den Austrittsdruck der Pumpe 10 konstant haltende Regeleinrichtung verstellbar
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, J
32 zusätzlicher und ebenfalls ringförmiger Behälter zum
Auffangen von Leckflüssigkeit und von einem Teil der Arbeitsflüssigkeit beim Stillsetzen der Pumpenanlage;
33 an der Unterseite der Schale 24 angebrachte Rippen, die das
Rückfördern von Flüssigkeit vom Behälter 32 in den Vorratsbehälter
2& begünstigen (solche Rippen können gegebenenfalls auch auf der Oberseite der Schale 24 angeordnet sein).
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dient eine Hydrodynamische
Stellkupplung 40 zum Antrieb eines vertikalachsigen und oberhalb der Kupplung angeordneten Ventilators I5. Die Antriebsmaschine ist
in der Zeichnung nicht dargestellt. Die Kupplung umfaßt die folgenden Teile:
41 Primärschaufelrad;
42 Sekundärschaufelrad;
43 von den Schaufelrädern gebi] deter- Arbeitsraum;
44 am Sekundrärrad 42 befestigte und das Primärrad 41 umhüllende Schale;
45 im Sekundärrad 42 angeordnete Entleeröffnung;
46 feststehendes Kupplungsgehäuse mit Kühlrippen 49;
47 Gehäused^ckel, zugleich Lagergehäuse zur gemeinsamen Lagerung
des Sekundärrades und des Ventilatorschaufelrades 15;
4& Vorratsbehälter;
50 Zulaufleitung mit Steuerventil 5Iϊ
52 zusätzlicher Behälter;
53 Rippen zur Erhöhung der Pumpwirkung der Schale 44 im Spalt zwischen Schale 44 und Behälter 52;
54 Rippen zur Erhöhung der Pumpwirkung des Primärrades 41 im Spalt
zwischen Primärrad 41 und Schale 44;
55 Spritzblech.
Ein Unterschied gegenüber Fig. 1 (abgesehen von der geänderten Xraftflußrichtunß) besteht darin, daß sich die Innenwand 48a des
Vorratsbehälters 4 c. weiter nach ob an erstreckt, wodurch die Höhendifferenz
zwischen dem Flüssigkeitsspiegel im Verratsbehälter 4b
unc eier Mündung der Zulaui'leitung 50 im Spalt zwischen Primärrad
und Schale 44 vergrößert werden kann. Dies wirkt sich günstig
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auf den Stellbereich des Steuerventils 5I aus.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform der Erfindung unterscheidet
sich von derjenigen gemäß Fig. 2 im wesentlichen nur dadurch, daß die Schale 64 nicht mit dem obeniiegenden Sekundärrad 62, sondern
mit dem untenliegenden Primärrad 61 umläuft und oberhalb des Sekundärrades angeordnet ist. Somit steht der von der Schale 64
mit dem Sekundärrad 62 gebildete Spalt nicht zum Zuführen von Arbeitsflüssigkeit in den Arbeitsraum 63 zur Verfügung; jedoch ist
die Entleeröffnung 65 nunmehr in der Schale 64 angeordnet. Zum
Zwecke der Flüssigkeitszufuhr ist an die Unterseite des Primärrades 61 ein Flansch 75 angeformt, der als Schleuderscheibe wirkt und
mit dem Primärrad einen Ringraum 76 bildet. In diesen Ringraum, von dem Bohrungen 77 in den Arbeitsraum 63 hineinführen, mündet die
Zulaufleitung 70.
Die gleiche Anordnung wie in Fig. 3 ist bei der Kupplung gemäß Fig. 4 gewählt. Nur ist hier das untenliegende Primärrad el über
die Schale 84 mit der obenliegenden Primärwelle 12 verbunden und das obenliegende Sekundärrad 82 direkt mit der untenliegenden Sekundärwelle
13. Dadurch ist gegenüber Fig. 3 lediglich die Kraftflußrichtung umgekehrt.
Die im Anspruch 1 enthaltene Angabe, wonach der Vorratsbehälter 28,
48 ringförmig ausgebildet ist, soll nicht derart verstanden werden, daß der Ringquerschnitt (das Profil) des Vorratsbehälters an allen
Stellen gleich ist. So kann z.B. die Außenwand des Vorratsbehälters, die zugleich das Kupplungsgehäuse 26,46 bildet, in Achsrichtung
gesehen kreisrund oder rechteckig oder ggf· ganz ungleichmäßig geformt sein. Die Innenwand, in Fig. 2 mit 48a bezeichnet, wird man
vorzugsweise kreisrund ausbilden und derart anordnen, daß sie die Schaufelräder 21, 24; 41, 42; 61, 62; 81, 82 unmittelbar umhüllt
(unter Bildung eines möglichst engen Spaltes). Jedoch sind auch hiervon abweichende Ausführungen denkbar. So kann z.B. zwischen den
Schaufelrädern und der Innenwand 48a bei Bedarf auch ein verhältnismäßig breiter Zwischenraum vorgesehen werden, der wie inFig. 2
durch ein mitrotierendes Spritzblech 55 überdeckt wird.
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Claims (7)
1. Hydrodynamische Stellkupplung mit vertikaler Achse mit einem Primärschaufelrad (21, 41, 61,Sl) und einem Sekundärschaufel·-
rad (22, 42, 62, 82), die miteinander einen torusförmigen
Arbeitsraum (23, 43, 63) bilden, dessen Füliung veränderbar
ist^ und mit einer Schale (24, 44, 64, 64), die mit einem
der Schaufelräder umläuft und das andere Schaufelrad umhüllt, ferner mit einer Ablaufeinrichtung (25, 45) für Arbeitsflüssigkeit
vom Arbeitsraum in einen feststehenden Vorratsbehälter
(28, 48) sowie mit einer vom Vorratsbehälter über ein Steuerventil (31, 51· ) führenden und im Bereich unmittelbar unterhalb
des unten'.iegenden Schaufelrades mündenden Zulaufleitung (30, 50, 70), gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
a) Die Ablaufeinrichtung umfaßt wenigstens eine im oberen Bereich der drehbaren Kupplungsteile angeordnete und mit
dem Arbeitsraum in Leitungsverbindung stehende Ablauföffnung (25, 45);
b) der Vorratsbehälter (2&, 46) ist ringförmig ausgebildet
und umhüllt die Schaufelräder (21, 22; 41, 42; 61, 62; 81, &2) an ihrem Umfang und ist hinsichtlich der Höhenlage
derart angeordnet, daß in ihm die aus den Ablauföffnungen (25, 45) austretende Arbeitsflüssigkeit aufgefangen
wird und daß der sich im Vorratsbehälter einstellende Flüssigkeitsspiegel oberhalb der Mündung der
Zulaufleitung (30, 50, 70) liegt, so daß der Zulauf aus
dem Vorratsbehälter durch das Steuerventil [J)I, 51)
β zur Mündung der Zulaufleitung allein aufgrund der
2. Kupplung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß ein
mit dem Primärschaufelrad (21, 4l, 6l, Sl) umlaufendes Bauteil,
z.B. eine Schleuderscheibe (24, 44, 75) vorgesehen ist, zum Fördern von Arbeitsflüssigkeit aus dem genannten unterhalb
der untenliegenden Schaufelräder (22, 4l, 6l, 8l) liegenden Bereich
in den Arbeitsraum (23, 43, 63) hinei 1.
3. Kupplung nach Anspruch 2, deren Schale (24)mit dem obenliegenden
Primärschaufelrad (21) verbunden ist und unterhalb des
Sekundärschaufelrades (22) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schale (24) als das zum Fördern von Arbeitsflüssigkeit
in den Arbeitsraum (23) dienende Bauteil ausgebildet ist (?ig. 1).
4. Kupplung nach Anspruch 2, dessen Primärschaufelrad (61) unterhalb
des Sekundärschaufelrades (62) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß radial innerhalb des Arbeitsraumes (63) von der Unterseite
des Primärschaufelrades (61) und einer Schleuderscheibe (75) ein Ringraum (76) gebildet ist, der mit dem Arbeitsraum
(63) in Leitungsverbindung steht und in den die Zulaufeinrichtung
(70) einmündet (Fig, 3).
5. Kupplung nach Anspruch 1, deren Schale (44) mit dem obenliegenden
Sekundärschaufelrad (42) verbunden ist und unterhalb des Primärschaufelrades (4l) liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß das Primärschaufelrad (4l) mit der Schale (44) einen engen Spalt bildet und als das zum Fördern von Arbeitsflüssigkeit
in den Arbeitsraum (43) dienende 3auteil ausgebildet ist.
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6. Kupplung nach einem der Ansprüche J>
bis p, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Vorratsbehälter (2&, 46) über das
Steuerventil {J>\, 5I) führende Zulaufleitung (30, 50, 70)
in das Innere der Schale (24, 44) bzw. in den Ringraum (76) einmündet.
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich unterhalb der Schaufelräder (21, 22; 41, 42; 61, 62; 81, &2) ein zusätzlicher feststehender
Behälter (52, 52) vorgesehen ist.
2. Januar 1975
Sh/HKn
Sh/HKn
7501211 29.07.76
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7501211U true DE7501211U (de) | 1976-07-29 |
Family
ID=31951948
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7501211U Expired DE7501211U (de) | Hydrodynamische Stellkupplung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7501211U (de) |
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