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Hydraulische Kupplung mit radial angeordneten Kolben Die Erfindung
bezieht sich auf Verbesserungen an hydrostatischen Kupplungen derjenigen Bauart,
bei der die Kraft von einer Welle oder einem Element auf eine andere Welle oder
ein anderes Element übertragen wird. Bei derartigen Kupplungen ist ein äußeres Gehäuse
mit der einen Welle verbunden, das eine kurvenförmige, Laufbahn besitzt, mit deren
Hilfe Kolben in Zylindern hin und her bewegt werden, die in einem inneren, mit der
anderen Welle verbundenen Gehäuse radial angeordnet sind. Eine relative Drehbewegung
zwischen den Wellen bzw. den mit ihnen verbundenen äußeren und inneren Gehäusen
verursacht einen Flüssigkeits-, z. B. einen Ölstrom zwischen den Zylindern, welcher
durch ein Absperrorgan regelbar ist, so daß jeder gewünschte Widerstand und damit
jeder gewünschte Schlupf der Kupplung erzielt werden kann.
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Bei den bekannten Kupplungen dieser Art kann es vorkommen, daß sich
die Flüssigkeit, d. h. also z. B. Ö1, mit Luft mischt. Dadurch besteht; wie sich
gezeigt hat, die Gefahr, daß noch eine wenigstens teilweise Relativdrehung zwischen
den Gehäusen bzw. Wellen stattfinden kann, wenn auch das den Flüssigkeitsstrom zwischen
den Zylindern regelnde Ventil völlig geschlossen wird. Der Grund hierfür liegt in
der Zusammendrückbarkeit eines Luft-Flüssigkeits-Gemisches.
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Die Erfindung hilft diesem Mangel ab und betrifft eine hydraulische
Kupplung mit einem .auf der einen
Welle angeordneten, einen Vorratsbehälter
bildenden äußeren Gehäuse und einer Flüssigkeitsdruckzone in einem auf der anderen
Welle angeordneten inneren Gehäuse, das in dem äußeren Gehäuse drehbar gelagert
und mit radial angeordneten Zylindern versehen ist, deren Kolben während einer Relativdrehung
der Gehäuse durch eine Kurvenlaufbahn an dem äußeren Gehäuse hin und her bewegt
werden, so daß zwischen den Zylindern durch ventilgesteuerte Durchlässe ein Flüssigkeitsstrom
auftritt. Die Bildung von Flüssigkeits-Luft-Gemischen im Innern der Kupplung wird
erfindungsgemäß nun dadurch vermieden, daß in dem Ventil ein Durchlaß oder rund
um das Ventil, seine Spindel oder eine Verlängerung derselben ein Spielraum vorgesehen
ist, so daß ein Auslaßweg gebildet wird, auf dem kleine Mengen von Luft und/oder
Flüssigkeit aus der Druckzone in den Vorratsbehälter gelangen können. Die Erfindung
bezieht sich noch auf weitere Merkmale solcher Kupplungen, durch die eine bessere
Arbeitsweise erzielt wird.
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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung zeigt die Zeichnung,
und zwar ist Fig. I ein Längsschnitt durch die Kupplung nach Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 eine Seitenansicht, bei der die obere Hälfte nach Linie 2-2 in Fig. I geschnitten
ist, während die untere Hälfte das Innere der Kupplung nach Abnahme der Verschlußplatte
zeigt, Fig. 3 ein Teilschnitt durch eine Ausgestaltung, welche eine Drehung der
Kolben in den Zylindern verhindert, Fig. 4 ein Schnitt durch ein Nachfüllventil;
Fig. 5 zeigt Schnitte durch federbeeinflußte Luftauslaß- und -einlaßventile, die
an dem äußeren Gehäuse angebracht sein können; Fig. 6 ist ein Schnitt durch einen
zu der Ventilkammer führenden Zylinderauslaß, der eine vorteilhafte Gestaltung für
eine graduelle Absperrung besitzt; Fig. 7 und 8 zeigen in rechtem Winkel zueinander
gelegte Teilschnitte einer anderen Ausführungsform, die es gestattet, die Kolben
mit großen Rollen zu versehen, Fig. 9 und Io in rechtem Winkel zueinander gelegte
Teilschnitte durch eine abgeänderte Ausführungsform des den Flüssigkeitsstrom regelnden
Ventils, und Fig. II ist ein Schnitt durch ein Auslaßventil, das mit der Druckzone
verbunden sein kann.
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Die Einrichtung ist arbeitsfähig, gleichgültig ob die Welle I oder
die Welle 2 die treibende Welle ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
jedoch die Welle 2 zweckmäßig die treibende Welle und die Welle I die betriebene
Welle. Die Welle 2 trägt das äußere Gehäuse, das von einer Seitenplatte 3 gebildet
wird, die mit der Welle 2 durch Bolzen 4 verbunden ist. Die Platte 3 hat einen zylindrischen
Rand oder Flansch 5, der auf seiner Innenseite mit einer kurvenförmigen Laufbahn
6 von ovaler Gestalt versehen ist. Ein Deckel 7 ist bei 8 an den Flansch 5 angebolzt
und umschließt einen äußeren Niederdruckflüssigkeitsbehälter a. Die Welle I, die,
wie gesagt, zweckmäßig die betriebene Welle ist, dreht sich an einem Ende in einem
Lager Ia und ist bei 9 mit der Nabe Ioa einer Endplatte Io verkeilt, die bei II
an das innere Gehäuse I2 ansgebolzt ist. Das innere Gehäuse I2 besitzt radiale Zylinder
I5, und die Bohrung I8 des Gehäuses ist auf der anderen Seite durch eine Platte
I3 verschlossen, die mit dem Gehäuse bei I4 durch Bolzen verbunden ist. Jeder der
radial angeordneten Zylinder I5 ist mit einem Kolben I6 versehen, wobei die Kolben
durch Federn I7 belastet sind. Die Bohrung I8 des Zylindergehäuses bildet eine Ventilkammer,
in die Durchlasse I9 aus den Zylindern fuhren. In der Ventilkammer I8 ist gleitbar
ein Kolbenventil 2o angeordnet, das die Öffnung und den Verschluß der Durchlässe
I9 steuert. Das Ventil kann in die die Durchlässe verschließende Stellung durch
eine Feder 2I gedrückt werden, wobei die Ventilspindel 22 durch eine auf der Welle
I gleitbar gelagerte Buchse 23 mit einem Ringteil 24 verbunden ist, der in bekannter
Weise durch eine Gabel betätigt wird. Die Ventilspindel 22 gleitet in Bohrungen
in der Endplatte I3 und in dem Deckel 7. Die Innenräume der Zylinder I5, die Durchlässe
I9 und die Ventilkammer I8 bilden ein von der Welle I getragenes Innengehäuse und
eine geschlossene Druckflüssigkeitszone b. Wenn sich das innere Gehäuse gegenüber
dem äußeren Gehäuse dreht, so wird durch die Lauffläche 6 eine hin und her gehende
Bewegung der Kolben bewirkt. Dadurch wird in dem Innengehäuse zwischen den Zylindern
über die Durchlässe I9 und die Ventilkammer I8 ein Flüssigkeits-, z. B. ein Ölstrom
hervorgerufen. Dieser Strom wird zwecks Herbeiführung eines geeigneten Widerstandes
und somit Änderung des von einer Welle auf die andere übertragenen Drehmomentes
sowie der übertragenen Geschwindigkeit durch eine Verstellung des Regelventils 2o
gesteuert, womit sich die tatsächliche Öffnung der Durchlässe I9 ändern läßt. Die
Kolben I6 sind vorteilhafterweise mit zweckmäßig gestalteten konvexen Gleitschuhen
25 versehen, die auf Bolzen 26 an den äußeren Enden der Kolben gelagert sind. Um
eine Drehung der Kolben zu verhindern und die Gleitschuhe auf ihrem Gleitweg in
Richtung zu halten, sind an den Seiten der Kolben Längsschlitze 5I (Fig. I und 3)
vorgesehen, in die in den Zylinderwänden angeordnete Zapfen 52 eingreifen.
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In dem Regelventil 2o befinden sich Öffnungen 28, durch die der Flüssigkeitsstrom
von einer zur anderen Seite fließen kann, wenn sich das Ventil bewegt, wobei eine
beliebige Begrenzung seiner Schließgeschwindigkeit durch eine Scheibe 29 erfolgen
kann, deren äußerer Randdurchmesser 3o (Fig.2) derart gewählt ist, daß die Scheibe
die Öffnungen nicht vollständig abdeckt. Die Scheibe 29 steht unter dem Einfluß
einer Feder 3oa und arbeitet nach Art eines Stoßdämpfers, wobei die Öffnungen abgedeckt
werden. Ein als Anschlag dienender Ring 29" begrenzt die Bewegung,der Scheibe 29,
die diese unter der Wirkung der Feder ausführt. Um der hydraulischen Verschiebung
des Steuerventilis 2o die Waage zu halten:, kann, seine Spindel 22 an, der
dieser
Spindel 22 abgekehrten Seite mit einer Verlängerung 22a von gleichem Durchmesser
versehen sein, die in einem Ringraum zwischen der Nabe Ioa und einer auf die Platte
Io aufgebolizten Hülse Iob gleiten kann. Ein enger Durchlaß zwischen der Spindel
22 und der Bohrung der Endplatte I3 und/oder zwischen der Ventilspindelverlängerumg
22a und der Hülse Iob unter Benutzung der Öffnungen 22b in der Endplatte Io oder
der enge Durchlaß 53 in dem Ventil bilden einen Weg, auf dem aufs der einen Teil
der Druckzone b ausmachenden Ventilkammer Luft und bzw. oder kleine Flüssigkeitsmengen
aus dieser Zone in die Vorratszone a gelangen können.
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Um in der durch die Zylinder I5, ihre Auslässe I9, und die Ventilkammer
I8 gebildetem Druckzone eine vollständige Füllung mit Arbeitsflüssigkeit aufrechtzuerhalten,sind
Baus der Vorratszone in die Zylinder öffnende Füllungsrückschlagventile 3I (Fig.
I und 4) vorgesehen. Auf diese Weise kann jeder Flüssigkeitsmangel in der Druckzone,
wie er beispielsweise durch das Entweichen von Luft und bzw. oder Flüssigkeit durch
den Durchlaßweg rund um die Ventilspindel 22 oder ihre Verlängerung 22a herum oder
durch irgendeine andere Urdichtigkeit entstehen könnte, wieder ausgeglichen werden.
Die Füllungsventile sind zweckmäßig so angeordnet, daß Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter
bei dem geringsten Betriebsflüssigkeitsstand in dem sich drehenden Vorratsbehälter
in die Druckzone übertreten kann. Zu diesem Zweck können Kanäle 32 von dem Außenumfang
des Zylindergehäuses oder einer in radialer Richtung mehr nach innen zu gehenden
Stelle aus zu einer ringförmigen Ausnehmung 35 führen, die jedes Ventilgehäuse 33
umgibt, das durch einen Stopfen 27 in Stellung gehalten wird. Von dem Ringraum 35
führen Kanäle 34 zu einem Raum unterhalb des Ventils. Die Ventile 3I benötigen keine
Ventilfeder, weil sie sich unter dem durch die sich einwärts bewegenden Kolben erzeugten
Öldruck von selbst schließen, während sie beim Saughub der Kolben die Möglichkeit
haben sollen, sich ungehindert öffnen zu können, damit Öl in die Zylinder treten
kann.
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Um einen freien Strom der Arbeitsflüssigkeit zwischen den Zylindern
zu erlauben, wenn das Steuerventil 2o vollgeöffnet ist, ist es zweckmäßig, denn,
Durchlässen I9 (Fig. I und 6) einen großen Querschnitt zu geben. Um aber trotz der
sich daraws ergebende großen Öffnungen eine genügend empfindliche Regelung zu erzielen,
und Stöße infolge eines zu plötzlichen Schlusses des Steuerventi'ls 2o zu verhindern,
kann die den Strom abschneidende Kante i9a der Öffnung (Fig. 6) abgeschrägt und
die öffnung durch eine schmale, sich daran anschließende Verlängerung I9b erweitert
sein, so daß die den Strom abschneidende Phase der Ventilbewegung eine Verlängerung
erfährt.
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Um zu verhindern, daß der Druck in der Druckzone der Kupplung über
einen vorherbestimmten Grenzwert ansteigt, kann die Druckzone an jeder beliebigen
Stelle mit einem oder mehreren belastetem Sicherheitsventilen 36 (Fig. II) versehen
sein. Diese Ventile öffnen sich bei dem Druck, auf den die Belastung des Ventils
eingestellt ist; und der Flüssigkeitsstrom kann dann aus der Druckzone in den Vorratsbehälter
fließen. Bei der Ausbildung mach Fig. II handelt es sich um ein Kugelventil, wobei
die Kugel durch eine Feder 37 belastet ist, deren Zusammendrückung durch Ein- oder
Ausschrauben des Stopfens 38 geregelt werden kann. Die Verbindung mit der Druckzone
ist durch einten Kanal 39 hergestellt.
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Dadurch, daß die Kupplung mit einer geschlossenen Druckzone versehen
ist, auf die sich der durch die Kolben bewirkte Flüssigkeütsstrom beschränkt und
eine gesonderte, von der Druckzone getrennte und von einem solchen Flüssigkeätsstrom
freie Vorratszone besteht, wird bei arbeitender Kupplung eine Durchwirbelung der
Flüssigkeit in dem Vorratsbehälter vermieden, so daß sich das Öl infolge der Zentrifugalwirkwng
und der verschiedenen Dichten. von Luft und darin befindlichem Öl nach außen absondert,
wobei die Luft nach der Ventilspindel 22 hin befördert wird. Es kann dafür Vorsorgegetroffen.
werden, daß solche in der Mitte befindliche Luft bei Expansion des Flüssigkeitsinhaltes
infolge ansteigender Temperatur aus der in Arbeit befindlichen Kupplung austreten
kann. Werden solche Vorkehrungen für erforderlich gehalten, so findet zweckmäßig
ein federbelastetes Auslaßventil 40 (Fig. I und 5) Verwendung, womit das äußere
Gehäuise an jeder geeigneten Stehle versehen werden kann. Das Ventil läßt bei Öffnung
Luft entweichen. Ein anderes Ventil 4I, das jedoch eine umgekehrte Arbeitsweise
hat, kann ebenfalle vorgesehen sein, um der Luft zu gestatten wieder in die Kupplung
zu gelangen, wenn ihre Temperatur absinkt (Fig. I und 5).
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Bei einer anderen Ausführungsform sind die Kolben statt mit Gleitschuhen
mit Rollen versehen. Um Rollen mit großem Durchmesser und somit in Beziehung zu
der Wellendrehzahl verminderter Umlaufgeschwindigkeit unterbringen zu können, kann
das Zylindergehäuse I2 gemäß Fig. 7 und 8 mit einem tiefen ringförrnigen Kanal 42
versehen sein, in dem Rollen 43, deren Durchmesser denjenigen der Kolben übertrifft,
angeordnet sind. Die Kolben sind auf Achsen 44 gelagert, die Verlängerungen und
gegebenenfalls Gleitstücke 45 besitzen, die in radialen Schlitzen 46 ödes Zylindergehäuses
gleiten und die Aufgabe haben, die Rollen bei ihrem Lauf in gleicher Richtung zu
haltern und deal seitlichen Druck auf die Kolben aufzunehmen.
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Statt den Flüssigkeitsstrom zwischen den Zylindern durch die dann
einen Teil der Druckzone bildende Venitilkammer 18 gehen zu lassen, wie dies bei
der Bauart nach Fig. I der Fall ist, können gemäß Fig.9 und 1o auch ein oder mehrere
zweckmäßig kreisförmige .innere DurchläIs.se 47 in. dein Körper des, Steuerventils
2o angeordnet sein.. Diese Durchlässe 47 sind durch eine Öffnung oder Öffnungen
48 mit der Peripherie des Ventils verbunden. Die Öffnungen 48 arbeiten mit den Öffnungen
19 an den inneren Enden der Zylinder zusammen., deren Verschluß oder Öffnung auf
diese Weise geregelt
wird. Die Ventilkammer r8 ist in einem solchen
Fälle nicht dem Arbeitsdruck unterworfen, sondern bildet einen Teil der drucklosen
Zone, und die Druckflüssigkeit fließt zwischen denZylinderndurch die Ventilkanäle
47. Ein Steuerventil mit solchen inneren Durchlässen kann in dem Ventilkörper mit
einem Kanal 53 versehen sein, der vom Innern der Durchlässe 47, die einen Teil der
Druckzone bilden, zu der Ventilkammer 18 führt und einen Austritt von Luft und bzw.
oder kleinen Flüssigkeitsmengen in die Ventilkammer und so in den Vorratsbehälter
zur schließeichen Rückkehr durch die Rückschlagventile 3I an den Zylindern in die
Druckzone gestattet. Gegebenenfalls kann mit einem solchen Ventil ein Auslaßweg,
und zwar durch einen Durchlaß zwischen dem Ventilumfang und der Innenfläche der
Ventilkammer I8, vorgesehen sein, wodurch Luft und bzw. oder kleine Flüssigkeitsmengen
in dlie Ventilkammer und von dort in den Vorratsbehälter gelangen können.
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In den Vorratsraum können von dem äußeren und bzw. oder dem inneren
Gehäuse Flügel, wie z. B, die Flügel 49 in Fig. I, hineinragen, welche beim Beginn
des Kupplungsumlaufes für eine schnelle Mitnahme der Flüssigkeit sorgen.
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Der Vorratsraum a wird durch die Einfüllöffnung 5o hindurch mit einer
solchen Menge Öl gefüllt, daß beidem hemm Umlauf der Kupplung entstehenden Flüssigkeitsring
die Wederauffüllventile 3I überflutet sind. Wenn sich die Kupplung in Arbeit befindet
und das Öl in dem äußeren Gehäuse durch Zentrifugalkraft nach außen geworfen wird,
so befindet sich die innere zylindrische Öloberfläche in radialer Richtung innerhalb
der Wiederauffüllventile 3I und ihrer Kanäle 32, die somit überflutet sind und einen
Durchtritt,der Flüssigkeit von dem Vorratsraum in die Zylinder gestatten, so daß
diese gefüllt werden und im späteren Verlauf jeder Flüssigkeitsverlust in der Druckzone
b wieder ersetzt wird. Tritt eine Relativdrehung zwischen dem inneren und dem, äußeren
Gehäuse auf, so gleiten die Gleitschuhe auf der kurventförmigen Gleitfläche, und
die Kolben machen in den Zylindern hin und her gehende Bewegungen, wodurch zwischen
den Zylindern ein Flüssigkeitsstrom auftritt, der durch das Ventil 2o geregelt werden
kann; um so eine Änderung des Kupplungsgrades, d. h. des von der getriebenen auf
die getriebene Welle übertragenen Drehmomentes zu bewirken.
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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß Arbeitsflüssigkeit
aus der Druckzone nur in den Vorratsraum austreten kann und dann mittels der Nachfüllvenitile
3I wieder in die Druckzone zurückgebracht wird. Auf diese Weise besteht ein vollständiger
und von selbst wirksamer Kreislauf, der jeden Verlust an Arbeitsflüssigkeit durch
Rückkehr derselben ausgleicht.