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Kühlung hydrodynamischer Flüssigkeitskupplungen oder -getriebe Die
hydrodynamischen Flüssigkeitskupplungen oder -getriehe, z. B. nach Art der Föttinger-Kupplung,
sind infolge ihrer Betriebseigenschaften für hohe Drehzahlen besonders geeignet,
ergeben jedoch im Leerlauf infolge der inneren Reibung Temperatursteigerungen, welche
den Verwendungshereich der Kupplungen stark beeinträchtigen. Die Einschaltung des
Arbeitsraumes der Kupplung in ein besonderes Flüssigkeitsumlaufsystem, derart, daß
ständig ein mehr oder weniger großer Teil der Arbeitsflüssigkeit durch Zu- und Abführung
der Flüssigkeit erneuert wurde, ergab zwar eine genügende Kühlung bei eingeschalteter
Kupplung, d. h. bei mit Flüssigkeit gefülltem Arbeitsraum, konnte jedoch eine übermäßig
starke Erhitzung der Kupplung im Leerlauf nicht verhindern. So konnte beispielsweise
festgestellt werden, daß bei Drehzahlen des antreibenden Teiles der Kupplung von
etwa 24 000 Umdrehungen in der Minute, wie sie für Aufladegebläse von Rennwagen-
oder Flugmotoren verwendet werden, allein durch die Luftreibung im Arbeitsraum der
Kupplung Temperaturen bis zur Rotglut der Kupplungsteile erzeugt wurden.
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Aus diesem Grunde hat man bereits eine besondere Kühlung vorgeschlagen,
indem um die Schalen der Schaufelkränze herum Kühlräume angeordnet und von einem
Kühlmittel durchflossen wurden. In der Regel wurde dabei eine besondere, von der
Arbeitsflüssigkeit getrennte Kühlflüssigkeit mit gesonderten Leistungen, Behältern,
Fördermitteln, Rückkühlvorrichtungen usw. verwendet. Es ist auch bereits vorgeschlagen
worden, das
Arbeitsmittel selbst als Kühlmittel zu benutzen, indem
das Arbeitsmittel ohne Erneuerung ständig seinen Kreislauf in der Kupplung vollführt.
Eine zweckentsprechende Kühlung ist damit praktisch nicht zu erreichen.
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Demgegenüber wird gemäß der Erfindung eine Kühlung für hydrodynamische
Flüssigkeitskupplungen oder -getriebe nach dem Föttinger-Prinzip, bei welchen während
des Betriebes die Arbeitsflüssigkeit im Arbeitsraum ständig erneuert wird und um
die Schalen der Schaufelkränze herum angeordnete Kühlräume von einer Kühlflüssigkeit
durchflossen werden, vorgeschlagen, bei welcher in einfacher Weise eine allen Bedürfnissen
entsprechende Kühlung erreicht wird, indem der Kühlmittelstrom vom Arbeitsmittelstrom
abgezweigt wird. Dabei ist der Kühlmittelumlauf nur oder im wesentlichen nur im
Leerlauf der Kupplung bei leerem Arbeitsraum der Flüssigkeitskupplung eingeschaltet.
Vorteilhaft wird dabei eine Umschaltvorrichtung verwendet, durch welche die Arbeitsflüssigkeit
der Kupplung vom Arbeitsraum abgeschaltet und gleichzeitig vollständig oder teilweise
dem vom Arbeitsraum getrennten Kühlumlauf zugeführt wird.
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Natürlich kann auch bei eingeschalteter Kupplung ein Teil der Arbeitsflüssigkeit
den vom Arbeitsraum getrennten Kühlkanälen bzw. Kühlmänteln der umlaufenden Kupplungsteile
zugeführt werden.
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Weitere Merkmale des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachstehenden
Beschreibung der Zeichnung, welche ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. In der Zeichnung zeigt die Abb. i einen Schnitt durch die erfindungsgemäß
ausgebildete Flüssigkeitskupplung in @schemnatisdher Darstellung, Abb.2 schematisch
eine Ausführungsform der Umschaltvorrichtung und Abb. 3 schematisch eine weitere
Ausführungsform der Umschaltvorrichtung.
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Die Abb. i zeigt eine Ausführung der Flüssigkeitskupplung. Es ist
hierbei i das ein- und mehrteilige feststehende Gehäuse, welches die Kupplung und
gegebenenfalls gleichzeitig ein von der Kupplung angetriebenes Gebläse umschließt.
DerAntrieb der Kupplung erfolgt durch das Kegelrad 2, welches mit dem antreibenden
trommelförmig ausgebildeten äußeren Teil 3 der Kupplung verbunden ist, wobei letzterer
bei 4 und 6 gelagert ist. Der getriebene Teil 7 der Kupplung ist mit der hohlen
Welle 8 fest verbunden. Diese Welle ist mittels des Lagers 5 im feststehenden Gehäuse
gelagert, Die Kupplung selbst ist als Doppelkupplung mit den Arbeitsräumen 9 und
io ausgebildet, so daß sich die durch die Einzelkupplungen hervorgerufenen Axialdrücke
gegenseitig aufheben. Die Arbeitsräume werden hierbei einerseits durch die in dem
treibendenTeil 3 fest eingesetzten Schalen i i und 12 und andererseits durch die
in dem getriebenen Teil 7 fest eingesetzten Schalen 13, 14 gebildet. Die
Schalen sind hierbei in dem treibenden bzw. getriebenen Teil derart eingefügt, daß
hinter den . Schalen Hohlräume 15, 16, 17, 18 gebildet werden, welche mit
einem äußeren Ringraum i9 durch kalibrierte Öffnungen 20, 21, 22, 23 in Verbindung
stehen. Desgleichen sind dieArbeitsräume 9 und io der Kupplung jeweils durch einen
Spalt 24 und 25 mit dem Ringraum i9 verbunden. Die gesamte Kupplung befindet sich
innerhalb eines vom Gehäuse i gebildeten Hohlraumes 26, mit welchem der mit der
Kupplung umlaufende Ringraum ig durch eine oder mehrere ebenfalls kalibrierte Öffnungen
27 in Verbindung steht.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt die Bohrung 28 der hohlen
Welle 8 in der Mitte der Kupplung eine Erweiterung 29, von welcher Bohrungen 30,
31 in die Hohlräume 16 und 17 hinter den Schalen des getriebenen Kupplungsteiles
abzweigen. Des weiteren sind Verbindungsöffnungen 32, 33 zwischen dem nicht erweiterten
Teil der Bohrung 28 und -den Arbeitsräumen der Kupplung sowie ferner überströmkanäle
34, 35 zwischen den Kühlmänteln 16 und 17 und diesen zuletztgenannten
Verbindungen 32, 33 vorgesehen. In die hohle Bohrung 28 ragt, wie die Zeichnung
ferner zeigt, von der offenen Seite der Bohrung her ein Rohr 36 bis zur Erweiterung
29 der Bohrung zwecks Zuführung der Flüssigkeit hinein. Die von der Hauptbohrung
28 abzweigende Querbohrung 37 dient ferner zur Schmierung des Lagers 5 ; in ähnlicher,
nicht dargestellter Form werden auch die anderen Lager geschmiert. Die Bohrung 28
kann hierbei nach außen abgedichtet oder auch derart verengt sein, daß ein Austritt
des Öles nur in einem solchen Maß erfolgen kann, daß eine auereichende Schmierung
gewährleistet ist.
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Entsprechend der Abb. 2 ist das Rohr 36 zur Zuführung der Flüssigkeit
bzw. des Öles durch eine Leitung L1 mit dem Umschalthahn U verbunden, welcher den
von der Zuteilpumpe gelieferten Flüssigkeitsstrom jeweils in geeigneter Weise entweder
der Leitung L1 oder der Leitung L2 zuführen kann. Letztere ist hierbei durch den
Anschluß 38 an ein weiteres vorgesehenes Kanalsystem angeschlossen, weldes im wesentlichen
aus dien beiden Leitungen 39 und 4o besteht, die jeweils möglichst nahe an die Kupplungswelle
herangeführt sind und in einer Mündung 4i und 42 endigen. Das aus diesen Mündungen
austretende 01 wird jeweils durch einen ringförmigen Wulst 43,44 des umlaufenden
Antriebsteiles 3 der Kupplung aufgefangen und den beiden Kühlmänteln 15 und 18 zugeführt.
Gleichzeitig sind Abzweigungen von den Leitungen 43 und 44 zur Schmierung verschiedener
Lager vorgesehen. Die Wirkungsweise ergibt sich daraus wie folgt: In der in Ab b.
2 schematisch dargestellten Stellung des Hahnes U wird die Leitung L, mit Flüssigkeit
beliefert, während die Leitung L2 von dem Flüssigkeitsstrom abgesperrt ist: Die
durch die Leitung L, geförderte Flüssigkeit tritt durch das Zuführungsrohr 36 in
die, Erweiterung 29 der Hauptbohrung 28 ein, wo sie zunächst infolge der Fliehkraft
der umlaufenden Welle die äußeren Teile der Ausnehmung 29 allzufallen
sucht.
Durch die Bohrungen 30 und 31 wird das C51 hierbei in die Kühlmäntel 16 und
17 gedrängt, von wo es durch die kalibrierten Öffnungen 21 und 22 in den Ringraum
i9 überzutreten sucht. Die Drosselung durch die Kühlmäntel n6 und 17 bzw. die Öffnungen
21 und 22 sind jedoch so groß, daß nur der Durchfluß einer gewissen, verhältnismäßig
geringen Menge des Öles ermöglicht ist. Ist die zugeführte Ölmenge größer als die
von diesen Kühlmänteln aufzunehmende Ölmenge, so ist das überschüssige Ü1 bestrebt,
sich in der Hauptbohrung 28 zu verteilen und hierbei einerseits durch die Verbindungsöffnungen
34, 35 und andererseits durch die Querbohrungen 32 und 33 in die Arbeitsräume 9
und io einzuströmen. Letztere werden hierbei mehr oder weniger rasch aufgefüllt,
wobei in bekannter Weise ein steigendes Drehmoment zur Cbertragung des Antriebs
von dem treibenden Teil 3 auf den getriebenen Teil 7 ausgeübt wird. Ein Teil der
in die Arbeitsräume 9 und io eingepumpten Flüssigkeit fließt hierbei durch die äußeren
Spaltete 24 und 25 wieder in den äußeren Ringraum i9 ab. Das sich in dem Ringraum
i9 einerseits durch die Öffnungen 21 und 22 der Kühlmäntel und andererseits durch
die Öffnungen 24 und 25 der Arbeitsräume sammelnde 01 fließt von hier aus
wiederum durch die kalibrierte Öffnung 27 unter der Wirkung der Fliehkraft in die
äußere feststehende Gehäusekammer 26 ab, von wo aus das sich sammelnde
01 durch ein Öffnung 45 oder eine entsprechende Leitung nach der zentralen
Sammelstelle des Öles abfließen kann.
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Durch diesen Kreislauf des Öles wird eine wirksame Kühlung bei eingeschalteter
Kupplung ermöglicht, indem nicht nur das Öl in ständigem Umlauf durch die Arbeitsräume
der Kupplung hindurchgetrieben wird, sondern auch gleichzeitig eine zusätzlich von
außen erfolgende Kühlung der Schalen i6 und 17 des getriebenen Kupplungsteiles durch
zu den Arbeitsräumen parallel geschaltete Kühlströme erzielt wird.
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Wird zur Erzielung des Leerlaufes durch Umschalten des Hahnes t' in
Pfeilrichtung in die gestrichelte Lage die Leitung I_1 von der Flüssigkeitshelieferung
ab- und die Leitung L2 zugeschaltet, so entleeren sich die Arbeitsräume 9 und io
bzw. die Kühlmäntel 16 und 17, wodurch die Ausrückung der Kupplung bewirkt
wird und der getriebene Teil 7 der Kupplung zum Stillstand kommt bzw. mit einer
durch die Luftreibung in der Kupplung bedingten Leerlaufdrehzahl mitläuft. Die Flüssigkeit
wird nuiimellr durch die Leitungen 39 und 40 sowie durch die Austrittsöffnungen
41 und 42 den Kühlmänteln 15 und 18 des treibenden Teiles zugeleitet, von wo aus
das 01 durch die ebenfalls kalibrierten Öffnungen 20 und 23 dem mitlaufenden
Ringraum i9 und von dort aus wiederum durch die Öffnung 27 in die feststehende Kammer
26 gelangt. Auf diese Weise wird im Leerlauf eine Überhitzung der Kupplung vermieden.
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Im vorhergehenden wurde eine Anordnung derart beschrieben, <iaß
der Umschalthahn U die Flüssigkeit entweder in die Leitung L i oder l2 leitete.
Die Umschaltvorrichtung U kann jedoch, wie Abb. 3 zeigt, z. B. durch Anordnung einer
entsprechenden Nut 46 auch derart ausgebildet sein, daß z. B. in der dargestellten
Stellung nicht nur die Leitung L2, sondern auch die Leitung Li einen Teil des Flüssigkeitsstromes
erhält; letzterer ist jedoch wesentlich geringer als der durch die Leitung L, geförderte
Flüssigkeitsstrom in der Betriebsstellung des Umschalthahnes, so daß nur eine so
geringere Menge des Öles der Kammer 29 in der Hohlwelle 8 zugeführt wird, daß zwar
die Kühlmäntel 16 und 17, nicht aber die Arbeitsräume 9 und io mit Flüssigkeit beliefert
werden. Hierdurch wird auch eine zweckmäßige Kühlung des angetriebenen Teiles 7
der Kupplung im Leerlauf bewirkt.
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Des weiteren kann in ähnlicher Weise die Umschaltvorrichtung derart
ausgebildet sein, daß in Betriebsstellung der Kupplung ein Teil der Flüssigkeit
auch in die Leitung L2 und damit in die Kühlmäntel 15 und 18 der äußeren Antriebsteile
der Kupplung gelangt.
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Zweckmäßig wird ferner bei der Umschaltung auf Leerlauf nicht die
volle Flüssigkeitsmenge, sondern z. B. nur ein Teil der für den Betrieb erforderlichen
Flüssigkeitsmenge durch die Kühlmäntel hindurchgeleitet, während der restliche Teil
unmittelbar in den Ölkreislauf zurückgeleitet wird. Ferner kann im Augenblick der
Füllung der Kupplung eine erhöhte Flüssigkeitsmenge der Kupplung zugeführt werden,
um ein schnelles Auffüllen der Kupplung zu bewirken, wodurch sich zugleich der Vorteil
ergibt, daß nach der Füllung der Kupplung ein übermäßiger Flüssigkeitsumlauf vermieden
wird. Ferner kann zugleich eine Regelungsvorrichtung, gegebenenfalls durch entsprechende
Ausbildung der Umschaltvorrichtung, vorgesehen sein, um eine beliebige Füllung der
Kupplungen und damit ein beliebig zu Übertragendes Drehmoment zu erzielen.
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Im einzelnen kann die Anordnung auch wesentlich anders getroffen werden.
Zum Beispiel können auch die Kühlräume für die äußeren Kupplungsteile anstatt durch
eine äußere Leitung L2 gegebenenfalls durch die Leitung Li und die zentrale Bohrung
der Kupplungswelle mit Flüssigkeit beliefert werden, indem die Kühlmäntel für die
äußeren Kupplungsteile etwa in gleicher Weise wie die Kühlmäntel der inneren Kupplungsteile
von der Hohlwelle aus mit Flüssigkeit angefüllt werden. Die Ausschaltung der Arbeitsräume
der Kupplung aus dem Flüssigkeitskreislauf kann hierbei z. B. durch Verringerung
der in die Bohrung der Kupplungswelle gelieferten Flüssigkeitsmenge derart bewirkt
werden, daß die verringerte Flüssigkeitsmenge durch die Fliehkraft der umlaufenden
Kupplungsteile ausschließlich in die Kühlmäntel getrieben wird, soweit sie nicht
die Schmierung für die Lager der Kupplung durch entsprechende Anordnung von Zweigleitungen,
in der Bohrung vorgesehene Längsnuten od. dgl. sicher zu stellen hat.
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Sehr vorteilhaft finden derartige Flüssigkeitskupplungen Verwendung
bei Verbrennungsmotoren, um beispielsweise ein Gebläse damit ein- und ausschalten
zu
können. Zweckmäßigerweüse läßt sich dabei die zur Förderung des Schmieröls des Motors
vorhandene Öldruckpumpe auch zur Lieferung des Öles für die Kupplung unter Zwischenschaltung
besonderer Zuteilpumpen verwenden, so daß der Arbeits- und Kühlflüssigkeitsstrom
mit dem Schmierölkreislauf zusammengefaßt werden kann.