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Füllungsveränderliche Strömungskupplung mit radialen oder im wesentlichen
radialen Schaufeln Die Erfindung bezieht sich auf füllungsveränderliche Strömungskupplungen
mit radialen oder im wesentlichen radial verlaufenden Schaufeln.
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Solche Kupplungen sind häufig mit einem ununterbrochenen Kernführungsring
ausgestattet, um welchen herum der Umlauf des Flüssigkeitswirbels erfolgt. Wenn
jedoch eine Kupplung mit ununterbrochenem Kernführungsring zur Drehmomentübertragung
von einem mit konstanter Drehzahl umlaufenden Antriebsmotor auf eine Last verwendet
wird, deren Drehzahl durch Füllungsänderung der Kupplung verändert wird, und wenn
diese Belastung außerdem so geartet ist, daß, wie z. B. bei einem Ventilator oder
einer Kreiselpumpe, das Drehmoment mit wachsender Drehzahl zunimmt, dann ergibt
sich in der Schlupf-Füllung-Kennlinie der Kupplung eine flache Stelle. Um eine solche
flache Stelle zu vermeiden, wurde schon vorgeschlagen, sowohl im Pumpenrad als auch
im Läufer unterbrochene Kernführungsringe vorzusehen.
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Falls die Kupplung zur Leistungsübertragung von einem mit konstanter
Drehzahl umlaufenden Motor auf eine Last verwendet wird, die ein im wesentlichen
konstantes Lastmoment ausübt, wie z. B. ein Förderband, hat der unterbrochene Kernring
jedoch den Nachteil, daß die Schlupf-Füllung-Kennlinie in einem Teil ihres Bereiches
instabil wird.
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Der Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Kupplung, die
in Verbindung mit einem Antriebsmotor konstanter Drehzahl zum Antrieb einer Last
mit veränderlicher Drehzahl sowohl bei im wesentlichen gleichbleibendem Lastdrehmoment
als
auch bei mit steigender Drehzahl ansteigendem Lastdrehmoment
eine möglichst stetige Schlupf-Füllung-Kennlinie hat.
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Gemäß der Erfindung weichen die Zellen zwischen den Schaufeln des
Turbinenrades teilweise oder sämtlich hinsichtlich der Form und oder Lage der Innenschale
oder der Außenschale voneinander ab, wobei auch die Schaufelabstände in an sich
bekannter Weise nicht gleich zu sein brauchen, während die Zellen des Pumpenrades
vorzugsweise gleich und ohne Innenschale ausgebildet sind.
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Es wurde bereits in der Praxis ein Vergleich zwischen den Kennlinien
angestellt, die mit einer Strömungskupplung bekannter Bauart und mit einer erfindungsgemäßen
Kupplung erhalten wurden.
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Bei einer Kupplung bekannter Bauart zeigte sich, daß bei als Abszisse
aufgetragenem Schlupf und bei als Ordinate aufgetragenem Füllungsgrad die so erhaltene
Kennlinie zwei Knickpunkte aufweist, zwischen denen ein Bereich liegt, in den sie
flach verläuft, so daß also relativ kleine Füllungsänderungen große Schlupfänderungen
zur Folge haben.
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Bei einer Kupplung, die einen erfindungsgemäß ausgeführten Läufer
aufwies, die im übrigen jedoch völlig der ersterwähnten Kupplung glich, wurde eine
knickfreie Kennlinie erzielt, bei welcher kein flacher Bereich ausgemacht werden
konnte. Eine solche knickfreie Kennlinie ist jedoch für viele Anwendungsarten der
Strömungskupplung von großem Wert.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
nachstehend beschrieben. Es zeigen die Fig. I, 3, 5, 6, 7, 9 und I I Teilansichten
verschiedener Turbinenräder und die Fig. 2, 4, 8, Io und I2 die dazugehörenden Schnitte,
und zwar Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. I, Fig. 4 einen Schnitt
längs der Linie 4-4 in Fig. 3, Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig.
7, Fig. Io einen auf der Linie Io-Io in Fig. 9 fortschreitend genommenen Schnitt,
Fig.I2 einen Schnitt längs der Linie I2-I2 in Fig. II.
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Das Turbinenrad nach Fig. I und 2 hat Schaufeln, die in drei gleichen
Gruppen angeordnet sind, deren jede einen Sektor von I2o° einnimmt. Jede Schaufelgruppe
besteht aus achtzehn Schaufeln VI bis VI8. Mit VI, V4, V7, VIo, VI3 und VI6 bezeichnete
Schaufeln erstrecken sich bis zur Austrittsöffnung an dem inneren Profildurchmesser.
Die inneren Enden der übrigen Schaufeln sind in üblicher Weise zurückgeschnitten,
um unerwünschte Einengung der Austrittsöffnungen in Folge der Schaufelstärke zu
vermeiden. Schaufeln VI und V2 sind mit einem Zwischenraum von 4½° zueinander angeordnet.
Der Schaufelabstand wächst mit jeder Schaufel um ¼° bis zu Schaufel VI6, die also
von Schaufel VI5 um 8° entfernt ist. Schaufel VI7 ist von Schaufel VI6 um 8½° entfernt,
Schaufel VI8 von Schaufel VI7 um 8¾° und Schaufel VI8 von Schaufel VI der nächsten
Gruppe um 9° entfernt. Jede Schaufel mit Ausnahme von VI trägt einen Sektor C2 bis
CI8 einer unterbrochenen inneren Führungsschale, welche halbzylindrisch ist und
auf beiden Seiten der Schaufel gleich weit vorragt. Die unterbrochene innere Führungsschale
kann im Durchmesser von Schaufel zu Schaufel in gleichen Abstufungen zunehmen. Jedoch
sind aus Gründen der einfacheren Herstellung die Ringsegmente in diesem Beispiel
in Gruppen zu je 2 oder 3 angeordnet, wie die Zeichnung zeigt.
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Die zwischen den Schaufeln liegenden Zellen in dieser Ausführungsform
bestehen infolgedessen aus zwischen den Schaufeln liegenden Kanälen, wie z. B. P3,
P4 und P5, zwischen der Außenschale 2I und der Innenschale und Hilfszellen, wie
z. B. p3, p4 und p5 innerhalb der Innenschale, wobei jeder der Kanäle durch den
Spalt zwischen den Innenschalensektoren mit der Hilfszelle, welche er umgibt, verbunden
ist. Aus der Zeichnung ist zu sehen, daß die Formen der Kanäle, z. B. P3 und P5
und der Hilfszellen, z. B. p3 und p5, im Axialschnitt verschieden sind, ebenso wie
dies ihre Abstände von der Achse 2o sind.
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Das in Fig. 3 und 4 dargestellte Turbinenrad hat eine Außenschale
2IA mit 5I Schaufeln, die in Gruppen zu je drei angeordnet sind, wobei jede Gruppe
aus einer langen Schaufel VIA und zwei kurzen Schaufeln V2A und V3A besteht. Die
Innenschalensektoren CIA, C2A und C3A sind schmäler als die Zellen, mit Ausnahme
der Teile, die an die Ein- und Austrittsöffnungen des Rades angrenzen, wo die Sektoren
mit den Schaufeln, welche sie halten, vereinigt sind. Die Sektoren CIA und C2A sind
gleich und haben (Fig. 4) einen größeren Radius als die Sektoren C3A. Alle äußeren
Enden der Sektoren haben gleichen Abstand von der Achse 2o. Infolgedessen weicht
die Form der zwischen den Schaufeln liegenden Kanäle P1A und P2A von derjenigen
der Kanäle P3A ab; die Querschnittsfläche der Hilfszellen P1A und p2A weicht von
derjenigen der Hilfszellen p3A ab, und der Abstand der Sektoren CIA und C2A von
der Achse 2o ist kleiner als der der Sektoren C,A. Jeder Kanal hat über die beiden
Spalte zwischen den Sektoren und den angrenzenden Schaufeln Verbindung mit der Hilfszelle,
welche er umgibt.
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Fig. 5 zeigt ein Turbinenrad mit Schaufeln, die in Gruppen zu je fünf,
VIB bis V,B, angeordnet sind. Die Sektoren jeder Truppe haben fortschreitend größere
Querschnittsflächen, und ihre Abstände von der Außenkante der Außenschale 21B nehmen
fortschreitend zu.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung, in welcher die Schaufeln in
Gruppen zu je achtzehn, V1° bis V,3 C, in verschiedenem Abstand wie die Schaufeln
in Fig. i angeordnet sind. Die Schaufeln tragen jeweils Sektoren C1° bis C,8° der
Innenschale, deren Axialquerschnitte gleich sind. Die Sektoren C,° bis Cl c liegen
fortschreitend näher zur Kupplungsachse 20 und die Sektoren Clö bis C11 fortschreitend
weiter von dieser Achse entfernt.
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Die in Fig. 7 bis io gezeigten Ausführungsformen haben Innenschalen,
deren Außendurchmesser gleich dem der Außenschale ist und in welcher die Schaufeln
sich innerhalb der Innenschale fortsetzen. Im übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel
nach Fig. 7 und 8 dem nach Fig. 3 und 4 und das Ausführungsbeispiel nach Fig. 9
und io dem nach Fig. 5.
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Fig. ii und 12 zeigt ein Turbinenrad ohne Innenschale mit verschieden
geformter Außenschale der einzelnen Zellen. Die verschiedenen Zellenformen
können
ein sich wiederholendes Muster bilden. Die Schaufeln sind in Gruppen zu je fünf,
VIF bis V5F, angeordnet. Alle Zellen liegen mit ihrer äußersten Kante auf dem gleichen
Außendurchmesser. Die Zelle zwischen den Schaufeln VIF und V2F hat aber größeren
Querschnitt und grenzt an einen kleineren inneren Durchmesser als die Zelle zwischen
den Schaufeln V5F und VIF und so fort bis zum Ende der Gruppe. Ein ringförmig gewölbter
Deckel 22 gleichförmigen Querschnitts kann an der Rückseite des Turbinenrades angesetzt
sein, um ein glattes äußeres zu erreichen.
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Obwohl die in den Zeichnungen dargestellten Beispiele sich wiederholende
Muster zeigen, ist dies nicht wesentlich, vorausgesetzt, daß das Rad ausgewuchtet
ist.
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Turbinenräder gemäß der Erfindung können sowohl in Antrieben mit konstantem
Drehmoment als auch in Antrieben mit veränderlichem Drehmoment mit einem Pumpenrad
ohne Innenschale Anwendung finden. Für eine Anwendung der Erfindung auf Pumpenräder
ist bis jetzt noch kein Vorteil bekanntgeworden, es sei denn, daß der Einfachheit
halber Pumpen- und Turbinenrad gleich ausgeführt werden, wenn nur wenige Kupplungen
einer gegebenen Abmessung nötig sind.