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Hydraulische Kupplung mit sternförmig angeordneten Zylindern Die Erfindung
bezieht sich auf eine hydraulische Kupplung mit sternförmig angeordneten Zylindern,
die an einen gemeinsamen Raum für dieArbeitsflüssigkeit angeschlossen sind, und
Kolben, die mit einem symmetrischen Nocken zusammenwirken und einen Vorratsraum
für die Arbeitsflüssigkeit abschließen. Bei ,den bekannten Kupplungen .dieser Art
liegt der Arbeitsflüssigkeitsraum außen und der den Nocken enthaltende Vorratsflüssi.gkeitsraum
innen. Dies hat den Nachteil, daß die auf .dem Nocken abrollenden, mit den Kolben
verbundenen Rollen bei hohen Drehzahlen infolge der Zentrifugalkraft wenigstens
stellenweise leicht außer Berührung kommen, was dann zu Stößen und Schwingungserscheinungen
Veranlassung gibt. Hinzu kommt, .daß die Rollen der Kolben und .der Nocken bei .der
bekannten Anordnung mit konvexen Flächen. aufeinanderliegen, so daß die Berührung
dieser Teile nur eine linienförmige ist. Schließlich sind,die sich an einem axial
angeordneten. Ventil treffenden Verbindungskanäle, mit denen die einzelnen
Zylinder
untereinander in Verbindung stehen, bei der bekannten Anordnung sehr lang, wodurch
eine große Arbeitsflüssigkeitsmenge erforderlich ist.
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Erfindungsgemäß ist den geschilderten Mängeln dadurch abgeholfen,
daß derArbeitsraum innen und der den Nocken enthaltende Vorratsflüssigkeitsraum
außen liegt. Die Erfindung erstreckt sich in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen
Anordnung noch auf weitere in ,den: Unteransprüchen gekennzeichnete Einzelheiten.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt die Zeichnung.
Hierin. ist Fig. i ein mittlerer Längsschnitt durch die Kupplung, Fig.2 eine Seitenansicht
mit der oberen Hälfte im Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. i, während die untere
Hälfte den inneren Mechanismus zeigt, wenn die gemäß Fig. i rechts liegende Endplatte
weggenommen ist, Fig.3 ein teilweiser Schnitt durch eines der Rückschlagventile,
die zum Auffüllen des Arbeitsflüssigkeitsraumesdienen, in größerem Maßstabe, Fig.
d. ein Teilschnitt durch das Ventil für Luftausscheidung des Arbeitsflüssigkeitsraumes
in größerem Maßstabe.
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In dem Ausführungsbeispiel besteht das äußere Gehäuse aus einem Hohlzylinder
i, der auf seiner inneren Fläche eine Nockenlaufbahn 2 aufweist und mittels Bolzen
3 zwischen Endplatten q., 5 eingeklemmt ist, wovon die eine an der Welle 6 .befestigt
ist, die die angetriebene Welle sein kann. Auf den Endplatten sind Rollenlager oder
andere Lager ;7, 8 angebracht, und in einem dieser Lager 8 dreht die andere Welle
9; es kann. dies die Antriebswelle, sein. Diese besitzt einen Flansch, durch welchen
sie mittels Bolzen io mit einem inneren Gehäuse 1i verbunden ist, dessen andere
Seite mit der stumpfen Welle i2 durch die Bolzen 1o verbunden ist und im Lager 7
der anderen Endplatte des äußeren Gehäuses läuft. Beide Wellen 6 und 9 haben gemeinsame
Achsen und können relative Drehbewegungen ausführen.- Das innere Gehäuse ist scheibenförmig
und ;durch eine Reihe von radial gerichteten Zylindern 13 gebildet, jeder mit einem
Kolben 1q., der an seinem äußeren Ende eine Rolle 15 aufweist, die zum Rollen gegen
die Laufbahn ;2 angepaßt ist. Jeder Kolben besitzt eine quer liegende Spindel 16,
auf jeder Seite mit Muttern oder Führungsstücken 17 versehen, die in der Rinne 18
vom Zylinder gleiten können. Der Zweck dieser Muttern ist, zu vermeiden, .daß die
Kolben und Rollen einem schrägen Schub unterworfen werden, wenn die letzteren rund
tun die Laufbahn rollen. Dichtungsringe 19 sind in den Kolben eingelassen; ferner
können zum Zweck, die Kolbenrollen in fester Berührung mit der Laufbahn zu halten"
nicht dargestellte Federn in .den Zylindern unterhalb der Kolben angebracht Zylindern
Derartige Federn sind aber nicht unbedingt notwendig, denn die auf den Kolben entwickelte
Zentrifugalkraft, wenn die Kupplung mit normaler Geschwindigkeit läuft, ist gänzlich
genügend, um die Rollen in fester Berührung zu erhalten; aber bei langsamer Geschwindigkeit
und wenn die Kolben nicht auf der Antriebswelle liegen, würden solche Federn nützlich
sein zum Unterstützen des Aufrechterhaltens der Berührung, bis die normale Geschwindigkeit
der getriebenen Welle erreicht wird.
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Jeder Zylinder ist mit einem sich nach innen öffnenden Rückschlagventi.l2o
versehen, das durch den in den Zylindern herrschenden Druck der Flüssigkeit geschlossen
gehalten wird, wenn die Kolben beim Verdichtungshub sich gegen einwärts bewegen,
jedoch aber, ,verin im Verdichtungsraum 21 Flüssigkeitsverluste vorkommen, sich
bei der Bewegung des Kolbens nach außen nach einwärts öffnen. Ein Kanal 23 führt
von jedem Zylinder durch die Narbe des inneren Gehäuses i i zu einer darinbefindlichenVentilöffnung2d.,
wobei diese Kanäle in Öffnungen der Höhlungswand enden, mit welchen Öffnungen 25
eines sich drehenden zylindrischen Schiebers 26 wirken zum Steuern des Üffnens oder
Schließens derselben und Verhindern des Fließens zwischen den Zylindern. Der Schaft
27 dieses Schiebers liegt axial in einer Bohrung der Antriebswelle 9, ist in 28
abgedichtet und durch eine Gabel, die in einen mit Nut versehenen Ring 29 einrückt,
auf Drehung gesteuert, wobei die gleitende Bewegung dieser Gabel auf der Welle 9
die Winkelbewegung auf den Schieber in bekannter Weise mittels einer schraubenförmigen
Nut 30 in der Welle und Längsnuten 31 .der Schieberachse bewirkt, indem ein
Stift 32 durch die übereinstimmenden Teile dieser Nuten geht und im Stellring 29
befestigt ist. Das Ventil 26 ist auf .dem Ventilschaft 27 gegen Drehung gesichert
infolge einer darin vorgesehenen Nut .41, durch welche Keile 42 durchgehen, die
in Aussparungen auf den gegenüberliegenden Seiten des Ventils liegen. Wenn folglich
der Ring auf der Welle verschoben wird, wird das Ventil 26 gedreht, und seine Öffnungen
werden mehr oder weniger in Übereinstimmung mit den Kanälen 23 gebracht oder schließen
diese vollständig ab. Das innere Gehäuse i i ist mit einer Reihe von radial oder
in anderer Weise angeordneten Treibflügeln 33 versehen, die seitlich aus diesem
Gehäuse hervor ragen und dazu dienen, radial nach auswärts das Öl, das sich im Behälter
nicht unter Druck befindet,
wegzuführen. Durch Stöpsel schließbare
Düsen 34 sind vorgesehen zum Füllen des Behälters mit Öl.
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Im Betrieb ist der Raum dies äußeren Behälters 22 mit Öl gefüllt,
so daß dieses bei Stillstand ungefähr bis zu den Linien 4-4 der Fig. i reicht, oder
mit einer solchen Menge, daß, wenn die Kupplung dreht und das. Öl nach auswärts
mit Hilfe der fördernden Flügel 33 im Innern des Gehäuses 22 zentrifugiert wird,
die innere peripherische Oberfläche des drehenden Öls eine Stellung, ungefähr angegeben
durch: die Striche 3-3 (Fig. i) einnimmt und sich radial im Bereich der Ventile
der Zylinder 2o befindet, welche in dieser Weise immer überschwemmt sind. Feine
axiale Bohrungen 35 (Fig. 3) sind in den Schaften derjenigen Ventile, die gegen
den Behälter öffnen, vorgesehen und sind. mit kleinen quer liegenden Bohrungen 36-
im Hals des Ventils verbunden, welche zu Aussparungen 37 führen, .die durch den
Kopf des Ventils geschlossen wenden, wenn der Antriebsdruck vorherrscht. Wenn die
Ventile 2o unter Auffüllungsbedingungen gelüftet werden, so kann eine Ölmenge durch
.die Öffnungen 35, 36 zu den Zylindern fließen zum Aufheben das kleinen Verlustes,
der sich in dem Druckraum bildet.
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Da es in einigen. Anwendungsfällen der Kupplung wesentlich sein kann,
das Öl im inneren Druckraum2i frei von Luft zu halten, welche die Masse in diesem
Raum zusammendrückbar machen würde, un(d die Wirkung der Kupplung .davon abhängt,
.daß .die Flüssigkeit in diesem Raum unzusammendrückbar bleibt, müssen Mittel vorgesehen,
werden, die das Austreiben der wenigen in dieser Zone verbleibenden Luft gestatten,
obschon eine solche Maßnahme in .diesem inneren Raum nicht absolut notwendig ist,
der wegen einer Ursache, die später angegeben wird, im allgemeinen frei von Luft
,bleibt. Zu diesem Zwecke ist ein sehr schmaler Luftauslaß 3.8 in dem inneren Gehäuse
vorgesehen und wird durch eine Klappe oder irgendein Ventil 39, gesteuert; er führt
zu einem .größeren Loch 40 in der Welle 12 und führt somit in den äußeren Behälter.
Befindet sich eine kleinere Luftmenge in der Arbeitszone, so wird diese Luft mit
etwas Öl wegen der Druckwirkung der Kolben 14 durch das Ventil 39 herausgejagt werdeni
in .den Behälter, wobei die Luft nicht durch das Ventil 2o zu der Druckzone zurückkehren
kann, da wegen der Zentrifugalwirkung, die sich im drehenden Öl in dem äußeren Gehäuse
bemerkbar macht, und wegen der verschiedenen spezifischen Gewichte, die Luft und
Öl aufweisen, letzteres die im Behälter etwa zurückgehaltene Luft in den zentralen
Teil verdrängen wird, so daß das Ventil 2o, das vom Wirbel -des Öles im Behälter
überschwemmt wird, die vom Druckraum ausgestoßene Luft nicht wieder zurückläßt und
sie im zentralen Teil des Behälters aufhält. Andererseits kann wegen dieses zentrifugalen
Wirbels von Ö1 im zentralen Teil des Behälters keine Luft um, die Welle 9 herum
bleiben, und deshalb bleibt die Notwendigkeit, eine schwierige Abdichtung für diese
Welle, wenn sie aus dem äußeren Gehäuse i hinausgeschoben wird,, vorzusehen, aus,
wie sie in den früheren gebräuchlichen Kupplungen erforderlich war.
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Durch das Versehen der Kupplung mit zwei getrennten Räumen, einer
inneren Druckzone 2i, auf welcher die Pulsationen, die die Flüssigkelt heben, begrenzt
sind, und einem äußeren Behälterraum 22, der vom Druckraum abgesondert und frei
von Pulsationen ist, kann im äußeren Behälter eine ungestörte Zentrifugalwirkung
entwickelt werden, .die ein Nachfüllen des inneren Raumes durch den wirkenden Teil
der darin ersetzten Flüssigkeit erlaubt, die sich radial im Inneren der Ventile
2o befindet. Andererseits findet ein kontinuierlicher Ölwechsel im Druckraum statt,
einerseits wegen des Austreibens der Luft und des Öls auf dem inneren Raum 2i durch
die Kanäle 38 und 4o zu den Behältern 22 und andererseits wegen des Zurückfließens
von Öl des Behälters durch die Ventile 20 zu dem inneren Raum.
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In einigen Anwendungen dieser Kupplung wird es nicht nötig sein, Flügel
anzubringen, aber im allgemeinen ist es wünschenswert, und dort, wie z. B. im Falle
eines Drehbankantriebes, wo die relativen Geschwindigkeiten von den antreibenden
und den angetriebenen Elementen beständigen Änderungen unterworfen sind,, sind die
Flügel auf der antreibenden; Welle angebracht als Hilfe für die Bildung eines Ölwirbels
im Behälter. Andererseits in solchen Fällen, wo ein Unterschied in den Geschwindigkeiten
von .den in Betracht kommenden. Wellen praktisch nur beim Anlassen vorkommt und
wo die in Betracht kommenden Teile der Kupplung später dann und allgemein übereinstimmig
drehen, können die Flügel derart angeordnet werden, daß dank ihrer Wirkung beim
Antreiben Öl und Wasser des Behälters heftig vermischt werden zu einer Mischung,
welche den Druckraum durch die Ventile 2o ausfüllen wird und eine Zeitlang eine
federnde Wirkung auf die Kolben veranlaßt. Nach dem Anlassen und infolge des normalen
Verlust- un.d Zufuhrkreises des Öls aus und in den Druckraum wird sich diese Mischung
von Öl und Luft bald im Behälter unter der Wirkung der Zentrifugalkraft trennen,
so daß .das Öl im Druckraum zuletzt frei von Luft wird, wenn
die
Geschwindigkeiten der treibenden und getriebenen Wellen beinahe gleich stehen:.
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Die Gestalt der Nockenbahn und die Zahl der Kolben sind so vorgesehen,
daß die Kolben sich beim Drehen immer das Gleichgewicht halten, während sie hin
und hergehen. Zum Beispiel mit einem Doppelhubnocken oder mit einem oval gebildeten
können nur vier Kolben in diametral gegenüberliegenden Paaren angeordnet sein; es
ist aber besser, mit einem ovalen Nocken vom aufgezeichneten Typus die Benützung
einer größer als vier stehenden geraden Zahl von Kolben vorzusehen; die Wirkung
einer solchen Reihe verhindert stets Schwingungen beim Drehen und ergibt ein gleichmäßigeres
Drehmoment.