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Strömungskupplung mit Füllungsregelung Die Erfindung bezieht sich
auf eine Strömungskupplung mit einer Einrichtung zum Regeln der Füllung des Arbeitsraumes
der Kupplung durch beliebig wählbare Einstellung des Flüssigkeitsspiegels in einem
umlaufenden, mit dem Arbeitsraum der Kupplung in Verbindung stehenden Behälters
mittels eines verstellbaren Schöpfrohres.
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Zur Füllungsregelung von Strömungskupplungen werden vielfach Drehschöpfrohre
verwendet, die um eine feststehende Achse schwenkbar angeordnet in einen mit der
Kupplung umlaufenden Behälter hineingreifen. Dieser Behälter ist so ausgebildet,
daß er außerhalb des größten Durchmessers des eigentlichen Arbeitsraumes der Kupplung,
mit dem er durch kleine Düsen im Gehäuse in Verbindung steht, die Kupplungsfüllung
aufzunehmen vermag. Je nach dem gewünschten Füllungsgrad wird das Schöpfrohr mehr
oder weniger weit nach außen. geschwenkt und dabei unter Ausnutzung der Geschwindigkeitshöhe
mehr oder weniger Betriebsflüssigkeit aus dem umlaufenden Behälter abgeschöpft.
Durch die Düsen spritzt ständig, also auch im Gleichgewichtszustand, d. h. bei in
beliebiger Stellung festgehaltenem Schöpfrohr, eine gewisse Flüssigkeitsmenge in
den Behälter ab, die durch das Schöpfrohr wieder ersetzt wird. Hierdurch
wird
auch die erforderliche Wärmeabfuhr aus dem Kreislauf bewirkt. Vergrößert man den
Düsenquerschnitt bei großem Schlupf, so erhöht sich der Flüssigkeitsdurchsatz und
damit die Wärmeabfuhr.
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Bei diesen Drehschöpfrohrkupplungen hat es sich als nachteilig erwiesen,
daß die zur Wärmeabfuhr dienende ständig abspritzende Flüssigkeitsmenge nicht bei
allen Füllungsgraden gleich oder etwa bei kleiner Füllung (großem Schlupf) der hierbei
auftretenden größeren Erwärmung entsprechend größer ist. Es ist vielmehr so, daß
gerade bei kleiner Füllung wegen der hierbei kleineren Druckhöhe im Arbeitskreislauf
eine kleinere Flüssigkeitsmenge abspritzt als bei großer Füllung. Ein weiterer Nachteil
besteht darin, daß man in der Bemessung der Düsen, die man zur Erzielung einer schnellen
Entleerung oder zum Zwecke stärkerer Wärmeabfuhr möglichst groß machen würde, beschränkt
ist, da mit der Größe der Düsenquerschnitte trotz ganz gefüllter Kupplung auch der
Mindestschlupf im Bereich des normalen Drehmoments in untragbarer Weise ansteigt.
Der mit der Kupplung umlaufende Behälter muß außerdem in seinem Durchmesser und
in seiner axialen Länge so bemessen sein, daß die gesamte Kupplungsfüllung, wie
erwähnt, in dem außerhalb der Düsen liegenden Raum Platz hat, was einen großen Durchmesser
der Kupplung ergibt.
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Nach einem anderen Vorschlag ist das Schöpfrohr feststehend in einer
neben dem Arbeitsraum der Kupplung liegenden, mit diesem durch gedrosselte Öffnungen
verbundenen und mit dem Primärteil umlaufenden Schöpfrohrkammer als Entleerungsschöpfrohr
angeordnet, das in einen zum Füllen dienenden Hochbehälter oder Windkessel fördert.
Die Füllungsregelung wird hierbei durch ein Regelventil in der vom Hochbehälter
bzw. Windkessel zur Kupplung führenden. Leitung bewirkt. Auch bei dieser Ausführung
ist der Durchsatz von Betriebsöl durch die Kupplung zum Zwecke .der Wärmeabfuhr
im Gleichgewichtszustand vom Füllungsgrad abhängig, in der Weise, daß bei großer
Füllung (kleinem Schlupf) eine große Menge und bei kleiner Füllung (großem Schlupf)
eine kleine Menge Öl durch die gedrosselten Auslaßöffnungen (Düsen) in die Schöpfrohrkammer
abströmt.
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Zur Erzielung eines verschiedenen Füllungsgrades ist es bei den beiden
bekannten Ausführungen erforderlich, daß die Auslaßöffnungen im Arbeitsraum der
Kupplung auch bei großer Füllung weniger durchlassen, als das Schöpfrohr abzuschöpfen
vermag, derart, daß sich die Flüssigkeit im Kreislauf anstaut.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden.
Es wird eine neue Anordnung vorgeschlagen, bei der der Kupplungsdurchmesser angenähert
gleich dem Durchmesser des Arbeitsraumes der Kupplung ist und bei der ferner die
zur Wärmeabfuhr ständig durch die Kupplung durchgesetzte Flüssigkeitsmenge vom Füllungsgrad
vollständig unabhängig ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Einrichtung zur Füllungsregelung
ausschließlich aus einem axial neben dem Arbeitsraum der Kupplung angeordneten,
mit der Kupplung umlaufenden Behälter, dessen Außendurchmesser etwa dem Außendurchmesser
des Arbeitsraumes der Kupplung entspricht und der mit diesem nach Art kommunizierender
Gefäße verbundenist, sowie aus dem verstellbaren Schöpfrohr besteht und daß die
von der Einrichtung zur Füllungsregelung unabhängige Fülleinrichtung eine bestimmte,
unabhängig vom Füllungsgrad des Arbeitsraumes der Kupplung gleichbleibende Durchsatzmenge
liefert. Bei einer solchen Ausführung hängt es ausschließlich von der Leistung der
Füllpumpe bzw. von der Größe einer in die Fülleitung eingebauten Düse ab, wieviel
Flüssigkeit pro Zeiteinheit durch den Arbeitsraum der Kupplung durchgesetzt werden
kann. Auf diese Weise kann unabhängig vom Füllungsgrad des Arbeitsraumes der Kupplung
infolge der gleichbleibenden Durchsatzmenge eine große Wärmemenge abgeführt werden.
Außerdem hat eine solche Ausführung den Vorteil, daß die geometrische Lage der Schöpfrohrmündung
eindeutig auch den Füllungsgrad im Arbeitsraum der Kupplung bestimmt, und zwar auch
für den Fall, daß beispielsweise irgendwelche Leckverluste in der Kupplung auftreten.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt Abb. I einen Längsschnitt durch eine Strömungskupplung und Abb. 2
einen Querschnitt nach der Linie II-II der Abb. I.
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Die Kupplung besteht aus einem Primärteil I (treibender Teil) und
einem Sekundärteil 2 (getriebener Teil). Der Zufluß der Arbeitsflüssigkeit für die
Kupplung erfolgt durch eine in der hohlen Welle angeordnete Leitung 3. In der Leitung
3 befindet sich eine kalibrierte Düse 4, die für eine bestimmte Höchstdurchsatzmenge
eingerichtet ist. Die Arbeitsflüssigkeit strömt durch die Düse q. in den Arbeitsraum
und von hier durch die Ableitung 5 weiter in den Behälter 6, der im Primärteil der
Kupplung und mit etwa gleicher radialer Erstreckung wie dieser angeordnet ist, so
daß er mit der Kupplung umläuft. In den. Behälter 6 ragt ein schwenkbares Schöpfrohr
7 hinein, durch dessen Schwenklage der Stand des Flüssigkeitsspiegels im Behälter
6 bestimmt ist und für jeden Betriebszustand eingestellt werden kann. In Abb. 2
ist das Schwenkrohr 7 zu erlcennen; es befindet sich bei kleiner Füllung in der
mit vollen Linien gezeichneten Lage, während es bei großer Füllung die mit gestrichelten
Linien angedeutete Lage einnimmt. Der Abflußstutzen 8 des Schöpfrohres 7 liegt in
Nähe der Drehachse der Kupplung; er ist in dem festen Lager 9 feststellbar gelagert.
Die Ausgestaltung von Behälter 6 und Schöpfrohr 7 ist so getroffen, daß alle Füllungsbereiche
der Kupplung von dem Schöpfrohr 7 erfaßt werden können.
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In weiterer Ausgestaltung kann für Antriebe von Kreiselmaschinen,
wie ebenfalls in Abb. i angedeutet ist, in der Abströmleitung 5 eine Drosselstelle
io eingebaut sein. Auf diese Weise kann eine
Versetzung der Flüssigkeitsspiegel
in den Arbeitsräumen 1, a der Kupplung und im Behälter 6 erreicht werden, so daß
der Spiegel im Arbeitsraum weiter innen liegt als im Schöpfrohrraum. Bei einer gewissen
Schöpfrohrstellung ist der Kreislauf gerade voll. Durch weiteres Zurücknehmen des
Schöpfrohres kann hinter der Einlaßdüse 4 ein Gegendruck erzeugt werden, so daß
für den Öldurchsatz durch die Kupplung im Gleichgewichtszustand nur noch die Druckdifferenz
an dieser Stelle maßgebend ist. Hierdurch kann erreicht werden, daß bei ganz gefüllter
Kupplung eine kleinere Menge durchgesetzt wird als bei teilweise gefüllter Kupplung.
Auch aus rein konstruktiven Gründen kann diese Versetzung der Spiegel im Behälter
und im Arbeitsraum erwünscht sein, z. B. wenn der Schwenkbereich des Schöpfrohres
sehr beschränkt ist.
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Die Wirkungsweise der beschriebenen Kupplung ist wie folgt: Der Arbeitsraum
und der Behälter 6 wirken nach Art kommunizierender Gefäße zusammen, so daß die
Flüssigkeitsspiegel in allen Räumen - falls in der Abströmleitung 5 keine nennenswerte
Drosselung erfolgt - etwa gleiche Abstände von der Drehachse der Kupplung aufweisen.
Bei Vorhandensein einer großen Ölmenge im Behälter 6 - gestrichelt angedeutete Lage
des Schöpfrohres 7 in Abb. 2 - befindet sich auch im Arbeitsraum eine entsprechend
große Ölmenge (große Füllung der Kupplung), während bei niedrigerem Flüssigkeitsspiegel
im Behälter 6 auch der Arbeitsraum weniger gefüllt ist.
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Das Schöpfrohr hat hierbei nicht mehr die Funktion einer Füllpumpe
und einer Regelpumpe; zum Füllen ist vielmehr eine besondere Fülleinrichtung, etwa
eine mit konstanter Drehzahl laufende Füllpumpe, vorgesehen. Die Fördermenge dieser
Pumpe wird so eingestellt, daß beim größten Wärmeanfall gerade genügend Wärme abgeführt
wird. Hierdurch unterscheidet sich diese neue Regelkupplung wesentlich von den bekannten,
bei denen gerade bei größtem Wärmeanfall der geringste Öldurchsatz stattfindet,
der seinerseits aber auch nicht beliebig vergrößert werden kann, sofern man bei
voller Füllung nicht zu große Schlupfwerte, also einen zu großen Mindestschlupf
erhalten will.
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Durch die Anordnung der weiter oben erwähnten Drosselung in der Verbindungsleitung
zwischen dem Arbeitsraum der Kupplung und dem Behälter kann darüber hinaus sogar
eine im Vergleich zu den bekannten Kupplungen umgekehrte Gesetzmäßigkeit erzielt
werden, also bei größtem Schlupf eine größere Durchsatzmenge als bei kleinstem Schlupf.
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Durch den Patentanspruch I ist ausschließlich die gekennzeichnete
Gesamtkombination geschützt.