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Strömungskraftübertragung mit Schmierung durch die Betriebsflüssigkeit
Die Erfindung bezieht sich auf die Schmierung von Strömungskraftübertragungen (Kupplungen
oder Wandler) und -insbesondere auf die Schmierung von im Inneren: ,der Kreisläufe
angeordneten Stützlagern.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden"die Schmierstellen von hydraulischen
Kraftübertragungen durch eine besondere Schmierölpumpe zu versorgen, wie sie an
Anlagen mit Brennkraftmaschinen stets zur Verfügung steht. Bei zahlreichen anderen
Antriebsarten., beispielsweise mittels elektrischer Antriebsmotoren mit Ringschmier-
oder Wälzlagern, sind aber derartige Schmierpumpen nicht vorhanden.
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Es ist auch bereits b4ekannt, die im Inneren liegenden und meist nur
schwer zugänglichen Schmierstellen, insbesondere,die Stützlager zwischen Pumpen-
und T'unbinenrad, durch die für diehydraulische Kraftübertragung verwendete Betriebsflüssigkeit
zu schmieren. Die Strömungsräume stehen hierbei ,durch einfache Zwischenräume oder
Spalte mit dem Stützlager od. dgl. in Verbindung. Eine ausreichende Schmierung ist
aber nur dann gewährleistet, wenn die Strömungsräume dauernd und vollständig mit
Betriebsflüssigkeit gefüllt sind, da die Flüssigkeit sonst durch die Fliehkraft
von den innenliegenden Schmierstellen ferngehalten; wird. Diese Art der Schmierung
durch die Betriebsflüssigkeit ist daher nicht befriedigend. Für Strömungskraftübertragungen
mit veränderlicher Füllung -ist sie sogar vollkommen unbrauchbar, da bei Verringerung
der Füllung der Drehzahlunterschied (Schlupf) zwischen An- und Abtrieb steigt und
gerade
bei den erhöhten Lagergeschwindigkeiten die Schmierung wegen verminderter Füllung
-besonders schlecht ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun die vorgenannten Nachteile
an Strömungskrarftübertragungen mit gleichzeitig zur Schmierung verwendeter Betriebsflüssigkeit
vermieden, indem ein Verbindungskanal zwischen :einer bei allen. Betriebszuständen
stets mit Betriebsflüssigkeit gefüllten und mindestens ibei Drehzahlunterschied
zwischen Pumpen- und Turbinenrad einen überdruck aufweisenden Stelle der Strömungskraftübertragung
und zwischen den Lagerstellen angeordnet wird. Der Überdruck zwischen der Schmiermittelentnahmestelle
und den Lagerstellen preßt .das Schmiermittel .auch entgegen der Fliehkraft -an
die Bedarfsstellen und :gewährleistet so eine zuverlässige und einfache Schmierung.
Befinden sich .die zu schmierenden Lagerstellen, wie beispielsweise das Stützlager,
nur zwischen Pumpen- und Turbinenrad, sogenügt es, wenn. an der Schmiermittelentnahmestelle
nur bei Schlupf (Drehzahlunterschied) zwischen diesen beiden Rädern ein Überdruck
herrscht, -da sich an .diesen Lagerstellen auch nur bei.Schlupf eine relative Bewegung
einstellt.
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Der Verbindungskanal für .die Förderung des Schmiermittels wird in
vorteilhafter Weise in einem langsamer als das Pumpenrad umlaufenden Teil der Strömungs:kraftübertragung,
vorzugsweise in deren Turbinenrad vorgesehen. Bei dieser Anordnung wirkt :dann :dem
im Veribindungskanal radial nach innen fließenden Schmiermittelstrom nur enne-gerin@gere
Fliehkraft entgegen. -Gemäß einer anderen Weitexlbildung wird .die Eintrittsöffnung
des Verlbindungskanals (die Schmiermittelentnahmes.telle) im Bereich des größten
Durchmessers der Strömungs:kraAübertragung angeordnet, :da in diesen Bereichen die
größten Flüssigkeitsdrücke herrschen.
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Es wurde bereits eingangs erwähnt, daß die Schmierung von Kraftübertragungen.
mit veränderlicher Füllung ganz besondere Schwierigkeiten hereitet. Nach einer anderen
erfindungsgemäßen Fortbildung ragt nun der an .dem einen, Teil der Strömungskraftübertragung,
@beispielsrweise an :dem Turbinenrad, angeordnete Verbindungskanal mit seinem die
Eintrittsöffnung tragenden Ende in einen an einem anderen Teil der Kraftübertragung,
vorzugsweise an dem Pumpenrad, angeordneten Ringraum, der nach innen offen ist und
auch bei teilweiser oder ganzer Entleerung des Strömungskreislaufes stets gefüllt
bleibt. Eine ausreichende Schmierung ist dann auch bei teilweise oder ganz entleertem
Strömungskre'islau'f, bei dem ja die größten Lagergeschwindigkeiten auftreten, gewährleistet.
Die Anordnung des Ringraumes am Pumpenrad ist vorteilhaft, weil das Pumpenrad und
damit auch die im Ringraum enthaltene Betriebsflüssigkeit im normalen Betriebszustand
am schnellsten. umlaufen und auf diese Weise den größten Flüssigkeitsdruck erzeugen.
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Eine weitere vorteilhafte Verbesserung :besteht darin, daß das die
Dntrittsöffnung tragende Ende des Verbindungskanals derart in Umfangsrichtung umgebogen
ist, daß die Relativgeschwindigkeit der Betriebsflüssigkeit bei normalen Betriebsverhältnissen
gegen diese Eintrittsöffnung gerichtet ist. Das umgebogene Kanalende wirkt dann
als Schöpfrohr, indem .an .der 'Eintrittsöffnung ein der Relativgeschwindigkeit
:der Flüssigkeit und .damit auch dem Schlupf entsprechender Staudruck ;erzeugt wird,
der in Richtung ;der Schmiermittelfö:rderung wirkt. Der Steudruck kann lediglich
zur Unterstützung oder aber auch zum 'alleinigen Erzeugen der Schmiermittelförderungdienen.
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Der vorzugsweise im Turbinenrad .angeordnete Verbindungskanal wird
in zweckmäßiger Weise durch eine Schaufel oder durch den Schaufelboden und gegebenenfalls
noch .als axiale Wellenbohrung zu der oder den Lagerstellen geführt.
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In -der Abbildung ist ;ein Ausiführungsbeispiel der Erfindung an einer
Strömungskupplung mit Füllungsregelung .dargestellt.
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An. der Antriebswelle i ist das Pumpenrad :2 angeflanscht. Diesem
steht das Turbinenrad 3 gegenüber, welches von einer Schale 4 umgeben wird, die
am Umfange des Pumpenrades befestigt ist. Mit dem Pumpenrad ist ferner noch eine
weitere Schale 5 verbunden, die nrit der erstgenannten Schale 4 einen umlaufenden
Aufnahmeraum für das ständig durch die Bohrung 6, in der Schale 4 abspritzende Öl
bildet. In diesen Aufnahmeraum ragt das Schöpfrohr 7, welches an dem nicht drehbaren
Gehäuseteil 8 befestigt ist und die Aufgabe hat, zum Zwecke der Füllungsregelung
ständig einen ÜlunLlauf aus der Strömungskupplung durch einen Sammelraum 16 und
wieder zurück zum Arbeitsraum der Strömungskraftübertragung zu erhalten. Das Pumpenrad
und die damit verbundene Schale 4 bilden in -der Nähe ihres größten Durchmessers
einen, Ringraum g:. Die Abspritzbohrungen 6 in -der Schale ¢ sind so weit seitlich
des Ringraumes .angebracht; daß nicht alles Öl aus dem. Kreislauf abspritzen kann.,
sondern. daß der Ringraum g. stets gefüllt bleibt.
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Am Turbinenrad 3 .Ist ein Verbindungskanal io angebracht, .der zweckmäßigerweise
durch eine Schaufel :des Laufrades hindurchführt. Das die Eintrittsöffnung tragende
Kanalende ii (SchöpfmurndstÜck) befindet sich in der Nähe des größten Außendurchmessers.
-und ragt in den Ringraum g derart hinein, daß .die Öffnung dem Drehsinn :des Turbinenrades
entgegengerichtet ist. Der Verbindungskanal io führt über einen Ringkanal, :eine
radiale Bohrung 12 und eine axiale Bohrung 1:3 in der Welle 14 des Turbinenrades
in den Nabenraum .des Pumpenrades. In .diesem Nabenraum ist das Stützlager 15 untergebracht,
über .das ,sich die Welle 14 des Turbinenrades 3 gegen das Pumpen rad 2 abstützt.
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Zur Vervollständigung .der Füllungsregeleinrichtung sind in strichpunktierten
Linien noch :der Sammelraum 16, die Zahnradpumpe 17, ein Ölbehälter 18 und die Verbindungsrohre
dazu gezeichnet.
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Bei normalem Betrieb, .also voller Füllung der i Kupplung, ist die
Drehzahl des Turbinenrades fast
so groß wie die .des Pumpenrades,
daher ist die Umlaufgeschwindigkeit im Stützlager i5 nur gering. Das Lager läuft
außerdem noch vollständig in Öl. Anders liegen die Verhältnisse bei Teilfüllung
des Strömungskreislaufes. Bekanntlich wird ständig Öl aus dem Arbeitsraum .durch
die Bohrungen 6 in den Aufnahmeraum 5 abgespritzt, wo es durch die Fliehkraft an
den Umfang geschleudert, von dort durch .das Schöpfrohr 7 herausgeschöpft und im
Sinne -der eingezeichneten Pfeile durch den Sammelraum 16 und von hier wieder in
der Nähe der Nabe in den Arbeitsraum hineingedrückt wird. Mit Hilfe der Pumpe 17
kann dann aus dem Sammelraum 16 Öl heraus- und in den Ölbehälter 18 gefördert werden,
wodurch die Füllung des Kreislaufes vermindert und die Drehzahl des Turbinenrades
herabgesetzt wird.
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Die Umlaufgeschfwindigkeit der Ölfüllung im Ringraum. 9 wird in erster
Linie durch die Drehzahl des Pumpenrades bestimmt, und dieses wird im allgemeinen
mit gleichbleibender Drehzahl angetrieben. Mit zunehmender Relativgeschwindigkeit
zwischen Pumpen- und Turbinenrad steigen nun sowohl der durch die Fliehkraft erzeugte
Flüssigkeitsüberdruck als auch der Staudruck an der Eintrittsöffnung i i des Verbindungskanals
1o, d. h. mit Abnehmen der Füllung -des Kreislaufes, also mit zunehmender Umlaufgeschwindigkeit
im Stützlager 15, wird eine zunehmende Ölmenge in den Nabenraum des Pumpenrades
2 und von da durch das Stützlager 15 hindurchgeführt, so daß dieses ausreichend
geschmiert wird.
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Bei völlig entleertem Strömungskreislauf verbleibt immer noch ein
bestimmte Ölmenge indem Ringraum 9, so daß auch in diesem Falle noch eine ausreichende
Schmierung erfolgt.