WO2005064178A1 - Verschluss mit thermischer sicherungsfunktion - Google Patents

Verschluss mit thermischer sicherungsfunktion Download PDF

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WO2005064178A1
WO2005064178A1 PCT/EP2004/014190 EP2004014190W WO2005064178A1 WO 2005064178 A1 WO2005064178 A1 WO 2005064178A1 EP 2004014190 W EP2004014190 W EP 2004014190W WO 2005064178 A1 WO2005064178 A1 WO 2005064178A1
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WO
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closure
axial
closure body
passage
sleeve
Prior art date
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PCT/EP2004/014190
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English (en)
French (fr)
Inventor
Anton Frank
Oliver Nöhl
Harald Hoffeld
Original Assignee
Voith Turbo Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US10/584,184 priority patent/US7716925B2/en
Priority to CN2004800387095A priority patent/CN1898478B/zh
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D9/00—Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member
    • F16D9/02—Couplings with safety member for disconnecting, e.g. breaking or melting member by thermal means, e.g. melting member

Definitions

  • the invention relates to a closure with a thermal security function according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to hydrodynamic flow machines, the working space of which is closed off from the environment by a closure with a thermal security function.
  • Closures with a thermal security function are known. Such closures serve to seal a cavity, for example the working space of a hydrodynamic coupling, which is filled with a working medium, from the environment. Such a closure is generally inserted into a housing which forms the cavity directly or at least indirectly surrounds it. The closure is in thermally conductive connection with the content of the cavity, which for example comprises a working medium in the form of a fluid.
  • the thermal security function in the sense of the present invention means that the closure, which assumes a temperature as a function of the temperature in the interior of the cavity, is below a predetermined one
  • Temperature limit is fluid tight and opens automatically above a predetermined limit. When used in a hydrodynamic fluid machine, in particular a hydrodynamic coupling, this serves, for example, to ensure that the working medium is automatically drained from the hydrodynamic coupling when an impermissible upper limit temperature is reached. This prevents excessive overheating of the hydrodynamic clutch.
  • the fuse screw according to the prior art is shown in FIG. 1.
  • the fuse screw has a base body in which a through hole is made.
  • the through hole is closed in a fluid-tight manner by a fusible link, which is introduced over the entire cross section of the through hole with a considerable thickness.
  • the fuse screw prepared in this way is screwed into an opening in the surrounding wall of a cavity to be closed, for example into the housing of a hydrodynamic fluid machine, and is sealed off from the wall, for example by a sealing ring below the screw head.
  • the known closures with thermal security function have disadvantages.
  • a particularly serious disadvantage is that the response time, that is to say the time until the safety function has been triggered by releasing the cross section sealed with solder, in particular when used in hydrodynamic couplings, has not hitherto been exactly reproducible.
  • different fusible plugs in the same series triggered in the same hydrodynamic coupling at different times.
  • the refurbished fuse screw had a different triggering time compared to the original fuse screw. The reason for the poor reproducibility of the triggering behavior of fuse screws of the prior art was previously unknown.
  • the invention has for its object to provide a closure with a thermal security function, which is improved over the prior art.
  • the closure according to the invention with a thermal safety function should have a precisely reproducible triggering behavior and be distinguished in particular by short response times.
  • Such a closure is said to be suitable for using the sealing of the working space of a hydrodynamic fluid machine, in particular a hydrodynamic coupling.
  • the closure according to the invention has a closure body which can be inserted into an opening to be sealed.
  • the closure body can be inserted into the housing wall of a hydrodynamic fluid machine, in particular a hydrodynamic coupling, in order to seal the working space inside the coupling housing from the surroundings.
  • the closure has a fuse element which is inserted into the closure body.
  • the fuse element keeps a passage, which is formed in the closure body, closed below a predetermined limit temperature.
  • the fuse element melts above a predetermined limit temperature and thus releases the passage in the closure body.
  • the closure body comprises a sleeve which is inserted into the passage of the closure body at one axial end thereof in such a way that a through-bore which is formed in the sleeve in the axial direction connects with the area of the passage of the Closure body is aligned, which connects axially to the sleeve used.
  • the fuse element does not directly fill the passage in the closure body, that is, it is in particular not in direct contact with the closure body, but it is, preferably exclusively, introduced into the through bore of the sleeve used in such a way that it covers the entire cross section of the latter Through hole completely filled to a predetermined axial length.
  • complete filling is to be understood here as any filling of the free cross-section of the through hole which is at least essentially complete.
  • the sleeve is sealed off from the closure body, for example by soldering.
  • the fuse element is introduced directly into the closure body, that is to say within an axial region of the passage, the passage is provided completely or at least essentially completely closed.
  • the closure body has a first axial end and a second axial end, between which the passage extends, the fuse element keeping the passage closed in the region of an axial end.
  • the axial end is selected which, when the closure is used in a wall delimiting a cavity, faces the interior of the cavity.
  • the closure body In the region of this axial end, which in the present case is referred to as the second axial end, which is closed by the fuse element, the closure body is provided with a cylindrical or essentially cylindrical axial extension, that is to say this extension extends essentially in the axial direction of the closure body ,
  • the extension has a wall thickness which is reduced compared to the wall thickness of the remaining area of the closure body.
  • the axial extension has such an axial extent that the fuse element, which is in particular flush with the outer axial end of the axial Completes extension, at least half of its axial length is surrounded by the axial extension in the circumferential direction.
  • the two alternative embodiments of the invention described have a common fundamental finding to which the inventor has come.
  • the inventor has in fact recognized that the poor reproducibility of the response behavior of conventional closures with a thermal securing function, which, in particular, like the present invention, are designed as a fuse screw according to a preferred embodiment, was due to the excessive influence of the thermal capacity of the closure body on the fuse element.
  • the inventor has further developed the conventional fuse screws in such a way that the influence of the heat capacity of the closure body on the fuse element, in particular on the soldered solder in the passage of the closure body, is significantly reduced.
  • the inserted sleeve provides insulation between the closure body and the fuse element.
  • the insulating effect can advantageously be increased by enclosing a cavity between the sleeve and the closure body, which cavity is filled with air, for example, or contains a vacuum particularly advantageously.
  • the influence of the heat capacity of the closure body on the fuse element is reduced by the fact that the closure body is designed with an extremely low heat capacity in the area adjacent to the fuse element, in particular to an introduced solder.
  • This is achieved according to the invention in that the wall thickness of the closure body is reduced by providing the axial extension, so that the fuse element is surrounded by a lower mass of the closure body, which has a correspondingly lower heat capacity.
  • Both versions are characterized on the one hand by a particularly quick response at elevated temperatures and by an extremely precise response.
  • the fuse element is advantageously a eutectic solder, which is introduced into the passage of the closure body or into the through bore of the sleeve.
  • this melting point advantageously has an axial length of less than 9 millimeters, in particular a length of 8 millimeters.
  • the fusible link advantageously have a length of at least 5 millimeters.
  • the passage in the closure body and / or in particular the through hole in the sleeve in the region of the outermost axial end is provided with a cross-sectional widening in the form of at least one step.
  • the transmission of a thrust force from the solder to the sleeve or the closure body or from the sleeve to the closure body can be achieved if the closure on the front side, that is, for example, by a corresponding overpressure in the through the sealing body sealed cavity is subjected to an axial force.
  • the flow-conducting passage advantageously has a minimum diameter of at least 11 millimeters over its entire axial length.
  • the axial extension according to the second embodiment of the invention advantageously has a wall thickness of at most 2.5 millimeters, in particular a wall thickness in the range of 1 to 2 millimeters or even less.
  • the closure according to the invention is particularly suitable for use in a hydrodynamic fluid machine, in particular in a hydrodynamic clutch or also a hydrodynamic brake or a hydrodynamic converter for sealing a working space of the hydrodynamic fluid machine from the environment.
  • Figure 1 shows a closure in the form of a fuse screw according to the prior art
  • Figure 2 shows a first embodiment of a designed according to the invention
  • Figure 3 shows a second embodiment of the closure according to the invention in the form of a fuse screw.
  • Figure 1 shows a closure according to the prior art.
  • the closure has a closure body 1 with a passage 1.1, which is closed by a fuse element 2.
  • the fuse element 2 is a fusible link, which is introduced into the passage 1.1 over the entire cross section of the passage 1.1 and has a considerable thickness.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a closure according to the invention.
  • this embodiment has a base body 1 with a passage 1.1, which is provided with three steps in the region of the axial end, which faces in the cavity 10 (shown here only in part).
  • the passage 1.1 widens from a diameter as shown of initially 11 millimeters in the area of its first axial end in three steps in the direction of its second axial end.
  • the first step-like extension serves to receive the sleeve 3 in such a way that the passage 1.1 and the through hole 3.1 in the sleeve are aligned with one another.
  • the second step-like extension serves to form a cavity between the sleeve 3 and the closure body 1.
  • the third step serves to accommodate a shoulder in the radial direction of the sleeve 3, in order thus to establish an axial contact between the sleeve 3 and the closure body 1 , by means of which an axial thrust, which is applied to the end of the fuse element, in the present case a eutectic solder, or the sleeve 3 on the side of the cavity 10, is derived into the closure body 1.
  • an axial thrust which is applied to the end of the fuse element, in the present case a eutectic solder, or the sleeve 3 on the side of the cavity 10.
  • the diameter of the through-hole 3.1 in the sleeve 3 is provided in the area of the same axial end with a step-shaped widening, so that thrust force can be transmitted from the solder to the sleeve 3.
  • the fusible link can therefore be made with a comparatively short axial length, in the present case with an axial length of 8 millimeters, a tolerance of +/- 1
  • the through hole 3.1 has in the sleeve 3 a diameter of 12 millimeters on, at the opposite end of the sleeve, and almost the rest of the axial area of the passage 1.1, a diameter of 11 millimeters is provided.
  • the passage 1.1 can be provided with a clear cross-sectional widening in order to facilitate the outflow of medium from the cavity 10 in the event of triggering.
  • the sleeve is advantageously made of a thermally highly conductive material, for example copper.
  • the closure body 1 can, for example, be formed from CuZn39Pb3F43.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a closure according to the invention.
  • This embodiment has the cylindrical axial extension 1.4 according to the invention at the second axial end 1.3 of the closure body 1.
  • this cylindrical extension initially has a wall thickness of 1.5 millimeters and in the outermost region of the second axial end 1.3 a wall thickness of 1 millimeter.
  • the entire axial extension 1.4 can be washed around by the medium which is accommodated in the cavity 10, so that the temperature of the medium in the cavity 10 is transmitted very directly to the fuse element 2, in the present case a eutectic solder. Due to the small wall thickness of the axial extension, the influence of the heat capacity of this closure body region 1 is very small. A fast and very precisely reproducible release function of the closure is achieved.
  • the passage 1.1 in the region of the second axial end 1.3 is also provided with a step-like cross-sectional widening. On the one hand, this results in an even smaller wall thickness of the axial extension in the outermost axial region, and on the other hand the axial thrust force transmission described above from the fuse element to the
  • Closure body 1 allows.
  • This step-like cross-sectional expansion in the passage 1.1 extends in particular from the outer axial end 1.3 to a maximum of half of the fuse element introduced, ie in the present case up to a maximum of 4 millimeters axially into the passage 1.1.
  • Another embodiment (as shown) has an axial extension of this cross-sectional expansion of 2 mm, that is to say, for example, a quarter of the axial extension of the fuse element.
  • the closure body 1 can be made, for example, from the same material as the closure body in FIG. 2.
  • St52-3 can be used as a material for the closure body for one or both versions.
  • Both closure bodies shown in FIGS. 2 and 3 have a comparatively large axial length, namely a length of 25 millimeters. It is thereby achieved that the fusible link is located comparatively far inside in the cavity 10, which on the one hand reduces the influences of the environment and on the other hand the influence of the temperature in the cavity 10 on the fuse element 2 becomes more direct.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion, umfassend einen Verschlusskörper (1) zum Abdichten eines zu verschließenden Hohlraums (10); ein Schmelzsicherungselement (2), welches in den Verschlusskörper eingefügt ist und einen Durchlass (1. 1), der in dem Verschlusskörper ausgebildet ist, zumindest mittelbar verschlossen hält. Der erfindungsgemäße Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: der Verschlusskörper umfasst eine Hülse (3) mit einer Durchgangsbohrung (3. 1) die Hülse ist in den Durchlass des Verschlusskörpers an einem axialen Ende (1. 3) derart eingesetzt, dass die Durchgangsbohrung und der Bereich des Durchlasses, welcher sich axial an der Hülse anschließt, miteinander fluchten; das Schmelzsicherungselement füllt die Durchgangsbohrung der Hülse über den gesamten Querschnitt auf einer vorgegebenen axialen Länge vollständig aus.

Description

Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion
Die Erfindung betrifft einen Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf hydrodynamische Strömungsmaschinen, deren Arbeitsraum durch einen Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist.
Verschlüsse mit thermischer Sicherungsfunktion sind bekannt. Solche Verschlüsse dienen der Abdichtung eines Hohlraums, beispielsweise des Arbeitsraums einer hydrodynamischen Kupplung, welcher mit einem Arbeitsmedium befüllt ist, gegenüber der Umgebung. Ein solcher Verschluss ist in der Regel in ein Gehäuse eingesetzt, welches den Hohlraum unmittelbar ausbildet oder zumindest mittelbar umgibt. Der Verschluss steht in thermisch leitender Verbindung mit dem Inhalt des Hohlraums, welcher zum Beispiel ein Arbeitsmedium in Form eines Fluids umfasst.
Die thermische Sicherungsfunktion im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der Verschluss, welcher eine Temperatur in Abhängigkeit der Temperatur im Innenraum des Hohlraums annimmt, unterhalb eines vorgegebenen
Temperaturgrenzwertes fluiddicht ist und sich oberhalb eines vorgegebenen Grenzwertes selbsttätig öffnet. Dies dient beispielsweise bei einer Verwendung in einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere hydrodynamischen Kupplung, dazu, sicherzustellen, dass das Arbeitsmedium automatisch aus der hydrodynamischen Kupplung abgelassen wird, wenn eine unzulässige obere Grenztemperatur erreicht wird. Dadurch wird eine übermäßige Überhitzung der hydrodynamischen Kupplung vermieden.
Bekannte Verschlüsse mit thermischer Sicherungsfunktion sind als Schmelzsicherungsschraube ausgebildet. Eine solche
Schmelzsicherungsschraube gemäß des Standes der Technik ist in der Figur 1 gezeigt. Die Schmelzsicherungsschraube weist einen Grundkörper auf, in welchen eine Durchgangsbohrung eingebracht ist. Die Durchgangsbohrung ist durch ein Schmelzlot, das über dem gesamten Querschnitt der Durchgangsbohrung mit einer erheblichen Dicke eingebracht ist, fluiddicht verschlossen. Die derart vorbereitete Schmelzsicherungsschraube wird in eine Öffnung der umgebenden Wandung eines zu verschließenden Hohlraums, beispielsweise in das Gehäuse einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, eingeschraubt und gegenüber der Wandung, beispielsweise durch einen Dichtring unterhalb des Schraubenkopfes, abgedichtet.
Um hohen Drücken im Inneren des Hohlraums widerstehen zu können und eine sichere Verschlussfunktion zu gewährleisten, ist es notwendig, das Schmelzlot über dem gesamten Querschnitt der Durchgangsbohrung in der Schmelzsicherungsschraube mit einer erheblichen Dicke auszuführen. Dies führt zu relativ großen Schmelzlotvolumen. Beim Einsatz einer solchen Schmelzsicherungsschraube in der Gehäusewandung einer hydrodynamischen Kupplung ist beispielsweise ein Schmelzlotvolumen von 700 Kubikmillimetem (mm3) erforderlich, wenn eine Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser von 9 Millimetern in der Schmelzsicherungsschraube sicher verschlossen werden soll.
Die bekannten Verschlüsse mit thermischer Sicherungsfunktion weisen Nachteile auf. Ein besonders gravierender Nachteil ist, dass die Ansprechzeit, das heißt die Zeit bis zur Auslösung der Sicherungsfunktion durch Freigeben des mit Schmelzlot verschlossenen Querschnitts, insbesondere beim Einsatz in hydrodynamischen Kupplungen bisher nicht exakt reproduzierbar ist. So lösten verschiedene Schmelzsicherungsschrauben ein und derselben Serie in derselben hydrodynamischen Kupplung zu unterschiedlichen Zeiten aus. Selbst in Fällen, in denen der Strömungsdurchgang in einer Schmelzsicherungsschraube nach dem Auslösen wieder nahezu identisch mit Schmelzlot verschlossen wurde, wies die so wieder instandgesetzte Schmelzsicherungsschraube eine abweichende Auslösezeit gegenüber der ursprünglichen Schmelzsicherungsschraube auf. Der Grund für die schlechte Reproduzierbarkeit des Auslöseverhaltens von Schmelzsicherungsschrauben des Standes der Technik war bisher unbekannt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion anzugeben, welcher gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Insbesondere soll der erfindungsgemäße Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion ein exakt reproduzierbares Auslöseverhalten aufweisen und sich insbesondere durch kurze Ansprechzeiten auszeichnen. Dabei soll sich ein solcher Verschluss zur Verwendung der Abdichtung des Arbeitsraums einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Kupplung, eignen.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Verschluss gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben besonders vorteilhafte Weiterentwicklungen der Erfindung.
Der erfindungsgemäße Verschluss weist einen Verschlusskörper auf, der in eine abzudichtende Öffnung eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann der Verschlusskörper in die Gehäusewand einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere einer hydrodynamischen Kupplung, eingesetzt werden, um so den Arbeitsraum innerhalb des Kupplungsgehäuses gegenüber der Umgebung abzudichten.
Der Verschluss weist ein Schmelzsicherungselement auf, welches in den Verschlusskörper eingefügt ist. Das Schmelzsicherungselement hält einen Durchlass, der in dem Verschlusskörper ausgebildet ist, unterhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur verschlossen. Oberhalb einer vorgegebenen Grenztemperatur schmilzt das Schmelzsicherungselement und gibt somit den Durchlass in dem Verschlusskörper frei.
Gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst der Verschlusskörper eine Hülse, die in den Durchlass des Verschlusskörpers an einem axialen Ende desselben derart eingesetzt ist, dass eine Durchgangsbohrung, welche in axialer Richtung in der Hülse ausgebildet ist, mit dem Bereich des Durchlasses des Verschlusskörpers fluchtet, welcher sich axial an die eingesetzte Hülse anschließt. Das Schmelzsicherungselement füllt dabei nicht unmittelbar den Durchlass in dem Verschlusskörper aus, das heißt, es steht insbesondere nicht in einem direkten Kontakt mit dem Verschlusskörper, sondern es ist, vorzugsweise ausschließlich, in die Durchgangsbohrung der eingesetzten Hülse derart eingebracht, dass es den gesamten Querschnitt dieser Durchgangsbohrung auf einer vorgegebenen axialen Länge vollständig ausfüllt. Unter dem Begriff der vollständigen Ausfüllung ist dabei jede Füllung des freien Querschnitts der Durchgangsbohrung zu verstehen, welche zumindest im wesentlichen vollständig ist.
Die Hülse ist gegenüber dem Verschlusskörper abgedichtet, beispielsweise durch Einlöten. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist das Schmelzsicherungselement unmittelbar in den Verschlusskörper eingebracht, das heißt innerhalb eines axialen Bereiches des Durchlasses den Durchlass vollständig oder zumindest im wesentlichen vollständig verschließend vorgesehen. In axialer Richtung betrachtet weist der Verschlusskörper ein erstes axiales Ende und ein zweites axiales Ende auf, zwischen welchen sich der Durchlass erstreckt, wobei das Schmelzsicherungselement den Durchlass im Bereich eines axialen Endes verschlossen hält. Dabei wird dafür das axiale Ende ausgewählt, welches beim Einsatz des Verschlusses in eine einen Hohlraum begrenzenden Wand dem Inneren des Hohlraums zugewandt ist.
Im Bereich dieses axialen Endes, welches vorliegend als zweites axiales Ende bezeichnet wird, welches durch das Schmelzsicherungselement verschlossen wird, ist der Verschlusskörper mit einem zylinderförmigen oder im wesentlichen zylinderförmigen axialen Fortsatz versehen, das heißt, dieser Fortsatz erstreckt sich im wesentlichen in axialer Richtung des Verschlusskörpers. Dabei weist der Fortsatz eine Wandstärke auf, welche gegenüber der Wandstärke des übrigen Bereiches des Verschlusskörpers vermindert ist. Der axiale Fortsatz weist dabei eine derartige axiale Ausdehnung auf, dass das Schmelzsicherungselement, welches insbesondere bündig mit dem äußeren axialen Ende des axialen Fortsatzes abschließt, wenigstens mit der Hälfte seiner axialen Länge von dem axialen Fortsatz in Umfangsrichtung umschlossen wird.
Die beiden beschriebenen alternativen Ausführungen der Erfindung weisen eine gemeinsame grundlegende Erkenntnis auf, zu welcher der Erfinder gelangt ist. Der Erfinder hat nämlich erkannt, dass die schlechte Reproduzierbarkeit des Ansprechverhaltens herkömmlicher Verschlüsse mit thermischer Sicherungsfunktion, welche insbesondere wie die vorliegende Erfindung gemäß einer vorzuziehenden Ausführungsform als Schmelzsicherungsschraube ausgebildet sind, durch den zu großen Einfluss der Wärmekapazität des Verschlusskörpers auf das Schmelzsicherungselement begründet wurde. Demgemäss hat der Erfinder die herkömmlichen Schmelzsicherungsschrauben derart weiterentwickelt, dass der Einfluss der Wärmekapazität des Verschlusskörpers auf das Schmelzsicherungselement, insbesondere auf das eingelötete Schmelzlot in dem Durchlass des Verschlusskörpers, wesentlich vermindert wird. Gemäß der ersten beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wird durch die eingebrachte Hülse eine Isolierung zwischen dem Verschlusskörper und dem Schmelzsicherungselement vorgesehen. Die Isolierwirkung kann vorteilhaft dadurch erhöht werden, dass zwischen der Hülse und dem Verschlusskörper ein Hohlraum eingeschlossen ist, welcher beispielsweise mit Luft gefüllt ist oder besonders vorteilhaft ein Vakuum enthält.
Gemäß der zweiten Ausführungsform wird der Einfluss der Wärmekapazität des Verschlusskörpers auf das Schmelzsicherungselement dadurch gemindert, dass der Verschlusskörper im benachbarten Bereich zum Schmelzsicherungselement, insbesondere zu einem eingebrachten Schmelzlot, mit einer äußerst geringen Wärmekapazität ausgebildet ist. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Wandstärke des Verschlusskörpers durch Vorsehen des axialen Fortsatzes vermindert ist, so dass das Schmelzsicherungselement von einer geringeren Masse des Verschlusskörpers, welche eine entsprechend geringere Wärmekapazität aufweist, umgeben wird. Beide Ausführungen zeichnen sich einerseits durch ein besonders schnelles Ansprechen bei erhöhten Temperaturen als auch durch ein äußerst genaues Ansprechen aus.
Das Schmelzsicherungselement ist vorteilhaft ein eutektisches Schmelzlot, welches in den Durchlass des Verschlusskörpers beziehungsweise in die Durchgangsbohrung der Hülse eingebracht ist. Bei Einbringen eines Schmelzlotes weist dieses Schmeiziot vorteilhaft eine axiale Länge von weniger als 9 Millimeter auf, insbesondere eine Länge von 8 Millimeter. Jedoch sollte aufgrund der geforderten Druckfestigkeit, insbesondere beim Einsatz in hydrodynamischen
Kupplungen, das Schmelzlot vorteilhaft eine Länge von wenigstens 5 Millimetern aufweisen. Um eine besonders kurze axiale Länge zu erreichen, ist der Durchlass in den Verschlusskörper und/oder insbesondere die Durchgangsbohrung in der Hülse im Bereich des äußersten axialen Endes mit einer Querschnittserweiterung in Form wenigstens einer Stufe versehen. Eine solche Ausführung wird durch die weiter unten beschriebenen Zeichnungen gezeigt. Durch die stufige Ausbildung des axialen Verlaufes des Durchlasses beziehungsweise der Durchgangsbohrung kann die Übertragung einer Schubkraft von dem Schmelzlot auf die Hülse beziehungsweise den Verschlusskörper oder von der Hülse auf den Verschlusskörper erreicht werden, wenn der Verschluss stirnseitig, das heißt beispielsweise durch einen entsprechenden Überdruck im durch den Verschlusskörper abgedichteten Hohlraum, mit einer Axialkraft beaufschlagt wird.
Damit der erfindungsgemäße Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion eine rasche Entleerung des Hohlraums, welcher durch ihn abgedichtet wird, ermöglicht, weist der strömungsleitende Durchlass vorteilhaft über seiner gesamten axialen Länge einen minimalen Durchmesser von wenigstens 11 Millimeter auf.
Der axiale Fortsatz gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform weist vorteilhaft eine Wandstärke von maximal 2,5 Millimeter auf, insbesondere eine Wandstärke im Bereich von 1 bis 2 Millimeter oder sogar darunter. Der erfindungsgemäße Verschluss eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere in einer hydrodynamischen Kupplung oder auch einer hydrodynamischen Bremse oder einem hydrodynamischen Wandler zur Abdichtung eines Arbeitsraums der hydrodynamischen Strömungsmaschine gegenüber der Umgebung.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden.
Es zeigen:
Figur 1 einen Verschluss in Form einer Schmelzsicherungsschraube gemäß des Standes der Technik;
Figur 2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Verschlusses mit thermischer Sicherungsfunktion in Form einer Schmelzsicherungsschraube;
Figur 3 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses in Form einer Schmelzsicherungsschraube.
Die Figur 1 zeigt einen Verschluss gemäß des Standes der Technik. Wie man sieht, weist der Verschluss einen Verschlusskörper 1 mit einem Durchlass 1.1 auf, welcher durch ein Schmelzsicherungselement 2 verschlossen ist. Das Schmelzsicherungselement 2 ist ein Schmelzlot, welches über den gesamten Querschnitt des Durchlasses 1.1 in den Durchlass 1.1 eingebracht ist und eine erhebliche Dicke aufweist.
Ein solcher Verschluss gemäß des Standes der Technik, welcher beispielsweise in das Gehäuse einer hydrodynamischen Kupplung eingesetzt ist, weist eine
Ansprechverzögerung auf, die zu einer Übertemperatur des Betriebsmediums von circa 50 K führt, in Abhängigkeit der Aufheizgeschwindigkeit des Betriebsmediums. Das bedeutet, die Temperatur des Betriebsmediums der hydrodynamischen Kupplung ist um ca. 50 K höher als die Nenntemperatur des Schmelzlotes. Ferner ist, wie bereits ausführlich in der Beschreibungseinleitung dargestellt wurde, die Reproduzierbarkeit des Ansprechverhaltens des gezeigten Verschlusses nicht zufriedenstellend.
In der Figur 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlusses gezeigt. Wie man sieht, weist diese Ausführungsform einen Grundkörper 1 mit einem Durchlass 1.1 auf, der im Bereich des axialen Endes, welches im Hohlraum 10 (hier nur ansatzweise dargestellt) zugewandt ist, mit drei Stufen versehen. Somit erweitert sich der Durchlass 1.1 von einem Durchmesser wie dargestellt von zunächst 11 Millimetern noch im Bereich seines ersten axialen Endes in drei Schritten in Richtung seines zweiten axialen Endes. Die erste stufenförmige Erweiterung dient der Aufnahme der Hülse 3 derart, dass der Durchlass 1.1 und die Durchgangsbohrung 3.1 in der Hülse miteinander fluchten. Die zweite stufenförmige Erweiterung dient zum Ausbilden eines Hohlraumes zwischen der Hülse 3 und dem Verschlusskörper 1. Schließlich dient die dritte Stufe der Aufnahme eines Absatzes in radialer Richtung der Hülse 3, um somit eine Anlage in axialer Richtung zwischen der Hülse 3 und dem Verschlusskörper 1 herzustellen, mittels welcher eine axiale Schubkraft, die stirnseitig auf das Schmelzsicherungselement, vorliegend ein eutektisches Schmelzlot, beziehungsweise die Hülse 3 auf der Seite des Hohlraumes 10 aufgebracht wird, in den Verschlusskörper 1 abzuleiten. Aus demselben Grunde ist auch der Durchmesser der Durchgangsbohrung 3.1 in der Hülse 3 im Bereich desselben axialen Endes mit einer stufenförmigen Erweiterung vorgesehen, so dass Schubkraft vom Schmelzlot auf die Hülse 3 übertragen werden kann. Das Schmelzlot kann daher mit einer vergleichsweise kurzen axialen Länge ausgeführt werden, vorliegend mit einer axialen Länge von 8 Millimetern, wobei eine Toleranz von +/- 1 Millimeter vorteilhaft ist.
Im Bereich des zweiten axialen Endes, das heißt des Endes, welches dem Hohlraum 10 zugewandt ist, weist die Durchgangsbohrung 3.1 in der Hülse 3 einen Durchmesser von 12 Millimetern auf, am entgegengesetzten Ende der Hülse, sowie über nahezu den restlichen axialen Bereich des Durchlasses 1.1 ist ein Durchmesser von 11 Millimetern vorgesehen. An seinem ersten axialen Ende kann, wie gezeigt, der Durchlass 1.1 mit einer deutlichen Querschnittserweiterung versehen sein, um das Ausströmen von Medium aus dem Hohlraum 10 im Auslösefall zu erleichtern.
Die Hülse ist vorteilhaft aus einem thermisch gut leitenden Werkstoff ausgebildet, beispielsweise aus Kupfer. Der Verschlusskörper 1 kann beispielsweise aus CuZn39Pb3F43 ausgebildet sein.
In der Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verschlusses dargestellt. Diese Ausführungsform weist den erfindungsgemäßen zylindrischen axialen Fortsatz 1.4 an dem zweiten axialen Ende 1.3 des Verschlusskörpers 1 auf. Wie man sieht, weist dieser zylindrische Fortsatz zunächst eine Wandstärke von 1 ,5 Millimetern und im äußersten Bereich des zweiten axialen Endes 1.3 eine Wandstärke von 1 Millimeter auf. Der gesamte axiale Fortsatz 1.4 kann von Medium, welches in dem Hohlraum 10 aufgenommen ist, umspült werden, so dass die Temperatur des Mediums in dem Hohlraum 10 sehr direkt auf das Schmelzsicherungselement 2, vorliegend ein eutektisches Schmelzlot, übertragen wird. Aufgrund der geringen Wandstärke des axialen Fortsatzes ist der Einfluss der Wärmekapazität dieses Verschlusskörperbereiches 1 sehr gering. Eine schnelle und sehr genau reproduzierbare Auslösefunktion des Verschlusses wird erreicht.
Ähnlich wie in der Figur 2 ist auch hier der Durchlass 1.1 im Bereich des zweiten axialen Endes 1.3 mit einer stufenförmigen Querschnittserweiterung versehen. Dadurch wird zum einen eine noch geringere Wandstärke des axialen Fortsatzes im äußersten axialen Bereich erreicht, und andererseits die oben beschriebene axiale Schubkraftübertragung vom Schmelzsicherungselement auf den
Verschlusskörper 1 ermöglicht. Diese stufenförmige Querschnittserweiterung im Durchlass 1.1 erstreckt sich insbesondere vom äußeren axialen Ende 1.3 bis maximal zur Hälfte des eingebrachten Schmelzsicherungselementes, d.h. vorliegend bis maximal 4 Millimeter axial in den Durchlass 1.1 hinein. Eine andere Ausführung weist (wie dargestellt) eine axiale Ausdehnung dieser Querschnittserweiterung von 2 mm auf, d.h. zum Beispiel ein Viertel der axialen Ausdehnung des Schmelzsicherungselementes.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figur 3 kann der Verschlusskörper 1 beispielsweise aus demselben Werkstoff wie der Verschlusskörper in der Figur 2 ausgeführt sein. Alternativ kann für eine oder beide Ausführungen auch als Werkstoff für den Verschlusskörper St52-3 verwendet werden.
Beide in den Figuren 2 und 3 gezeigte Verschlusskörper weisen eine vergleichsweise große axiale Länge auf, nämlich eine Länge von 25 Millimetern. Dadurch wird erreicht, dass sich das Schmelzlot vergleichsweise weit innen im Hohlraum 10 befindet, wodurch einerseits die Einflüsse der Umgebung vermindert werden und andererseits der Einfluss der Temperatur im Hohlraum 10 auf das Schmelzsicherungselement 2 direkter wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion, umfassend
1.1 einen Verschlusskörper (1 ) zum Abdichten eines zu verschließenden Hohlraums (10);
1.2 ein Schmelzsicherungselement (2), welches in den Verschlussköφer (1 ) eingefügt ist und einen Durchlass (1.1 ), der in dem Verschlusskörper (1 ) ausgebildet ist, zumindest mittelbar verschlossen hält; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.3 der Verschlusskörper (1 ) umfasst eine Hülse (3) mit einer Durchgangsbohrung (3.1) und
1.4 die Hülse (3) ist in den Durchlass (1.1 ) des Verschlusskörpers (1 ) an einem axialen Ende (1.3) derart eingesetzt, dass die Durchgangsbohrung (3.1 ) und der Bereich des Durchlasses (1.1), welcher sich axial an der Hülse (3) anschließt, miteinander fluchten;
1.5 das Schmelzsicherungselement (2) füllt die Durchgangsbohrung (3.1 ) der Hülse (3) über den gesamten Querschnitt auf einer vorgegebenen axialen Länge vollständig aus.
2. Verschluss mit thermischer Sicherungsfunktion, umfassend
2.1 einen Verschlusskörper (1 ) zum Abdichten eines zu verschließenden Hohlraums (10);
2.2 ein Schmelzsicherungselement (2), welches in den Verschlusskörper (1) eingefügt ist und einen Durchlass (1.1 ), der in dem Verschlusskörper (1 ) ausgebildet ist;
2.3 der Verschlusskörper (1 ) weist ein erstes axiales Ende (1.2) und ein zweites, entgegengesetztes axiales Ende (1.3) auf, wobei sich der Durchlass (1.1 ) in axialer Richtung von dem ersten axialen Ende (1.2) zu dem zweiten axialen Ende (1.3) erstreckt und im Bereich des zweiten axialen Endes (1.3) durch das Schmelzsicherungselement (2) verschlossen ist, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
2.4 im Bereich seines zweiten axialen Endes (1.3) ist der Verschlusskörper (1 ) mit einem zylinderförmigen oder im wesentlichen zylinderförmigen axialen Fortsatz (1.4) versehen, welcher eine gegenüber dem übrigen Verschlusskörper (1.1) verringerte Wandstärke aufweist und welcher einen axialen Abschnitt der umgebenden Außenwandung des Durchlasses (1.1) ausbildet, wobei
2.5 das Schmelzsicherungselement (2) über wenigstens der Hälfte seiner axialen Länge von dem axialen Fortsatz (1.4) in Umfangsrichtung umschlossen wird.
3. Verschluss gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzsicherungselement (2) ein Schmelzlot, insbesondere ein eutektisches Schmelzlot ist, welches in den Durchlass (1.1) oder die Durchgangsbohrung (3.1) eingelötet ist.
4. Verschluss gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzlot eine axiale Länge von maximal 9 Millimeter aufweist, insbesondere eine Länge von 8 Millimeter.
5. Verschluss gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmelzlot eine Länge von mindestens 5 Millimeter aufweist.
6. Verschluss gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (1.1 ) und/oder die Hülse an seinem/ihrem axialen Ende, in dem das Schmelzlot angeordnet ist, mit einer stufenförmigen Erweiterung des Querschnitts ausgebildet ist, so dass ein Teil des Schmelzlots oder der Hülse (3) in axialer Richtung gegen den Verschlusskörper (1 ) oder der Hülse (3) derart zum Anliegen kommt, dass eine axiale Schubkraft von dem Schmelzlot und/oder der Hülse auf den Verschlusskörper übertragbar ist.
7. Verschluss gemäß Anspruch 1 und insbesondere einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hülse (3) und dem Verschlusskörper (1) ein Hohlraum ausgebildet ist.
8. Verschluss gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchlass (1.1) und insbesondere die Durchgangsbohrung (3.1 ) über seiner/ihrer gesamten axialen Länge einen minimalen Durchmesser von wenigstens 11 Millimetern aufweist.
9. Verschluss gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Fortsatz (1.4) eine Wandstärke von maximal 2,5 Millimeter aufweist, insbesondere eine Wandstärke im Bereich von 1 Millimeter bis 2 Millimeter oder weniger.
10. Verwendung eines Verschlusses gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 in einer hydrodynamischen Strömungsmaschine, insbesondere hydrodynamischer Kupplung, hydrodynamischer Bremse oder hydrodynamischer Wandler zur Abdichtung eines Arbeitstraums (20) der hydrodynamischen Strömungsmaschine gegenüber der Umgebung.
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