WO2018224427A1 - Hydrodynamische kupplung - Google Patents

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WO2018224427A1
WO2018224427A1 PCT/EP2018/064590 EP2018064590W WO2018224427A1 WO 2018224427 A1 WO2018224427 A1 WO 2018224427A1 EP 2018064590 W EP2018064590 W EP 2018064590W WO 2018224427 A1 WO2018224427 A1 WO 2018224427A1
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WO
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oil
pockets
coupling
impeller
coupling according
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PCT/EP2018/064590
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Paul Schieder
Hartmut Frenz
Uwe BÄURLEN
Christian Bausch
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18Details
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18Details
    • F16D33/20Shape of wheels, blades, or channels with respect to function
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D2300/00Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/02Overheat protection, i.e. means for protection against overheating

Definitions

  • the invention relates to a hydrodynamic coupling with a primary bladed impeller and a secondary bladed impeller, which are designed such that the two wheels are rotatably mounted and form an oil-filled working space in which by forming a flow torque from the one impeller on the other impeller can be transferred.
  • a co-rotating coupling shell is present, which is connected to one of the wheels in the region of the outer periphery via a connecting surface and thus forms with this an interior in which the other wheel is located.
  • the coupling has at least one oil outlet, via which the oil can flow out of the interior.
  • Such hydrodynamic couplings are also known as turbo or fluid couplings.
  • the working space In order to control the torque transmission, the working space must be controlled filled with oil and emptied.
  • the outlet is usually via holes in the region of the outer circumference of the co-rotating shell of the coupling.
  • the inlet takes place in such a way that the oil in the region of the hub of the coupling is guided into the running gap between the running wheels and is drawn into the working space there. Due to the centrifugal forces it is conveyed radially outward. This outward flow direction is superimposed on the flow in the working space, which serves for torque transmission, and thus generates an oil throughput.
  • a valve may be provided in the inlet and often in the outlet.
  • such a hydrodynamic coupling which has outlet openings in the co-rotating housing, which are permanently open.
  • the capacity of the coupling can be adjusted by regulating the inlet, if it is a controllable coupling. Due to the oil throughput, frictional heat generated in the clutch dissipated. The required oil flow is very different depending on the operating condition. On the one hand, the opening must not be too small, so that even at low pressure in the system, for example, when switched off, so emptied clutch flows through enough oil for cooling. And on the other hand, the opening must not be too large, otherwise the oil at high throughput so filled with clutch is too much mixed with air and thus foamed.
  • the publication discloses clutches with controllable or automatically regulatable outlet openings, in which the outlet openings can be changed depending on the operating state in order to be able to adapt the oil throughput and thus the cooling to the respective requirement in different operating situations.
  • this requires considerable design or control-technical overhead and is thus a serious disadvantage.
  • the object of the invention is now to develop a hydrodynamic coupling so that without great constructive or control effort on the one hand improved cooling in all operating conditions and on the other hand reliable operation of the clutch without undesirable foaming is possible.
  • the object is achieved by a hydrodynamic coupling according to claim 1. Further advantageous features of the embodiment according to the invention, which additionally improve the device, can be found in the corresponding subclaims.
  • the coupling according to the invention is characterized in that in the region of the connecting surface between the coupling shell and the impeller connected to the coupling shell one or more pockets are present, each having at least one oil outlet and each at least one connecting hole to the space between the coupling shell and impeller exhibit.
  • the pockets are designed so that the oil from the working space through the bag into the oil Outlet can flow and at least partially must flow in the radial direction through the bag.
  • the main advantage of the solution according to the invention is that the oil flow is calmed by the special arrangement of the pockets with oil outlet and connecting hole and thus the oil is selectively separated from the present oil-air mixture. Even with high oil throughput thus the air content and thus the foaming is significantly reduced. Furthermore, the cross-sectional area of the oil outlets can be easily selected as large as necessary for the necessary amount of cooling, which should flow in the clutch is deactivated under the then lower pressure in the circuit. And yet, there is no danger that the larger area of the oil outlets leads to an undesirable foaming of the oil in operation.
  • the connecting bore is preferably arranged in the radially inner end region of the pocket. And the oil outlet is preferably arranged in the radially outer end region of the pocket. With radially inner end region is not necessarily completely inside and with radially outer end region is not necessarily meant entirely outside, but so that the oil flows from the inlet opening of the connecting hole in the pocket to the oil outlet radially outward.
  • the pockets are arranged in the connection surface such that they preferably lie between any existing holes for screws for flange connection.
  • connective bore is meant not necessarily a circular hole. It can also be a different shaped channel.
  • the interior is the space that is enclosed by an impeller and the coupling shell.
  • the pockets are recesses formed in the component. They do not necessarily have to have an edge on all sides, but may also be partially or completely open on one side, such as to the interior.
  • the connecting bores are arranged obliquely in such a way that their center lines with the axis of rotation of the wheels each form an angle between 35 ° and 55 °. Alternatively or additionally, the center lines also form an angle between 35 ° and 55 ° the radial direction of the wheels. If the connecting bores are inclined in both directions, they are skewed to the axis of rotation. Most preferably, the slope is such that the drag action of the primary wheel pushes the oil without major deflection along the center line of the connection bore in the oblique connection bore. This ensures a good drainage even when the secondary wheel is stationary and the clutch shell is stationary, ie with low oil pressure in the clutch.
  • the coupling shell is connected to the secondary impeller.
  • the primary impeller is then mounted on an input shaft, for example.
  • the input shaft may have an axial central bore through which oil may be supplied for cooling when the clutch is deactivated.
  • the cooling oil can be routed through the interior space between the primary impeller and the coupling shell on the working space.
  • each bag has exactly one oil outlet in the radially outer end region of the pocket.
  • This allows the accumulation effect to be set particularly well.
  • it may be generally advantageous to arrange the pockets in the connection surface in such a way that the side walls of the pockets are formed in the axial direction on the one hand by the impeller and on the other hand by the coupling shell. It is advantageous for the oil separation from the oil-air mixture if each pocket has exactly one oil outlet and / or exactly one connection bore.
  • the pockets are particularly advantageous to carry out the pockets as a recess in the impeller connected to the coupling shell.
  • the recess may be present exclusively in the impeller.
  • the pockets are in particular designed such that the width measured in the circumferential direction and / or the depth of the pockets measured in the axial direction decreases at least in sections in the radial direction outwards
  • the oil Due to the outward constriction of the pockets, the oil is additionally dammed before the outlet before it flows under pressure.
  • the oil from the existing in the interior of the oil-air mixture is separated even better by the ⁇ ltröpchen accumulated and the flow of oil is calmed at the outlet.
  • the narrowing of the pockets to the outside can be carried out substantially continuously, but it can also be present in sections or only in a partial region of the bag. Likewise, the narrowing could be done in stages. This allows a high degree of flexibility in production.
  • the oil outlets are designed as substantially radial bores in the coupling shell or in the impeller connected to the coupling shell. As a result, a further deflection of the flow is achieved. It is also possible in the coupling according to the invention to provide the outlets as bores in the tangential or axial or oblique direction.
  • the holes may in particular have a step change in diameter.
  • the bag designed so that the oil flow path through the respective pocket has a deflection around a deflecting edge. So can the oil droplets that collect in the bag, are not pushed out by air turbulence again.
  • a deflecting edge can be introduced, for example, by providing a gap to the interior at the connecting surface between impeller and coupling shell and by designing the impeller in the region of the connecting surface such that it forms a deflecting edge for the oil flow.
  • the maximum depth of the pockets in the axial direction between 3 and 15 mm. So a further improved calming of the flow and an even better oil separation in the bag is possible.
  • the radial extent of the pockets should be significantly greater than the depth of the pockets.
  • the radial extent of the pockets is at least four times the maximum depth of the pockets in the axial direction.
  • the opening of the pocket to the interior has a significantly larger cross-sectional area than the oil outlet of a pocket.
  • a particularly advantageous embodiment has several, preferably at least four, more preferably at least six pockets. This allows the oil to flow distributed over the circumference. In particular, it is advantageous if the pockets are distributed at regular intervals over the circumference.
  • FIG.1 Schematic representation of a coupling according to the invention
  • FIG. 2 Further embodiment of a coupling according to the invention
  • FIG. 3 Detail view in the end section for the one shown in FIG
  • the primary impeller 2 and the secondary impeller 3 form an approximately toroidal working space 6, in which the blades are arranged in the respective impellers so that torque can be transferred from one to the other impeller when filled with oil.
  • torque can be transmitted from the input shaft 1, on which the primary impeller 2 is fixed, to the coupling shell 4, which is connected to the secondary impeller 3.
  • the coupling shell 4 and the impeller 3 form a closed interior, in which the primary impeller 2 is located.
  • the oil supply 15 for filling the clutch via the oil inlet which is designed here as an axial gap between the impeller 3 and input shaft 1. The oil is then drawn into the working space 6 due to the centrifugal force through the running gap 12.
  • the oil removal 14 takes place radially on the outside via the oil outlets 8, which are present in the outer end region of the pockets 7.
  • they are as radial bores in the coupling shell 4 is shown. But they can just as well be arranged in the impeller 3 and be executed as well as axial or tangential or oblique openings or holes.
  • the connecting holes 17 are made oblique, both obliquely to the axis of rotation of the wheels and obliquely to the radial direction of the wheels.
  • the angle of the center line of the connecting bore 17 is both to the axis of rotation and to the radial direction between 35 ° and 55 °.
  • each pocket has exactly one oil outlet 8 and a connection bore 17.
  • oil can flow past the working space to cool it through the interior by passing the oil through an axial central bore 5 in the input shaft into the area between the impeller 2 and the coupling shell 4.
  • the cooling oil also flows through the pockets 7 to the outlet 8 and out.
  • the pockets 7 are present here in the coupling shell 4 and designed with a substantially constant depth. It can not be seen that the width in the circumferential direction can decrease radially outward. A detailed example of this is shown in FIG. In addition, several pockets, in particular at least four or at least six pockets 7, can also be present.
  • the pockets 7 and the impeller 3 are designed so that the coupling shell 4 and impeller 3 via a Centering collar 1 1 are radially aligned. In the region of the centering collar 1 1, the pockets 7 may be tightly closed, so that the connecting holes 17 are the only openings to the interior of the coupling. In the case of a filled clutch operation, the pressure of the oil is so high that the oil flows from the working space around the edge of the impeller 2 into the connection bores 7.
  • the pockets 7 may have an additional gap to the interior in the region of the centering collar, through which oil can additionally flow from the working space into the pocket 7, especially when the coupling is filled.
  • the pockets 7 are formed both by a recess in the connecting surface of the impeller 3 and by a depression in the connecting surface of the coupling shell 4.
  • the pockets 7 are incorporated as a recess in the impeller alone.
  • the pockets 7 have a gap existing in addition to the connecting bore 17 between the impeller 3 and the coupling shell 4. Through this gap, oil can enter the pockets 7 from the working space.
  • the bag can be made closed in this area between the impeller 3 and coupling shell 4, so that the connecting holes 17 are the only openings between the interior and pocket 7.
  • Figure 1 The embodiment of Figure 1 is shown in Figure 3 as a section seen from the front side. It can be seen in the primary impeller 2 with the blade leading edges 2a and the coupling shell 4 with the circumferential centering collar 1 1, as well as those incorporated into the connection surface 14 Bags 7.
  • the pockets 7 narrow in the radial direction R outward continuously.
  • the width of the pockets 7 measured in the circumferential direction decreases towards the outside. It is not significant that the width of the pockets 7 at the radially inner beginning - in the area of the curves - initially increases slightly.
  • the connecting bore 17 is provided at the radially inner end of the pockets and here in one of the corners.
  • the connecting hole is skewed to the axis of rotation, that is oblique to the radial direction R and obliquely to the axis of rotation of the impeller.
  • the preferred angle for both bevels is between 35 ° and 55 ° for the centerline of the connection bore.
  • the pockets 7 are provided in the connection surface 14 and are interposed between the bolt holes 10 for the flange connection through which the impeller 3 and the coupling shell 4 are connected.
  • FIG. 4 shows a further preferred variant of the embodiment shown in Figure 3.
  • the bag 7 is designed with substantially constant width.

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Abstract

Hydrodynamische Kupplung aufweisend ein primäres beschaufeltes Laufrad (2) und ein sekundäres beschaufeltes Laufrad (3), die derart gestaltet sind, dass die beiden Laufräder (2,3) rotierbar gelagert sind und einen mit Öl befüllbaren Arbeitsraum bilden, in dem durch Ausbildung einer Strömung Drehmoment von dem einen Laufrad (2) auf das andere Laufrad (3) übertragen werden kann, weiterhin aufweisend eine Kupplungsschale (4), die mit einem der Laufräder (3) im Bereich dessen Außenumfangs über eine Verbindungsfläche (16) verbunden ist und so mit dem Laufrad (3) rotieren kann und mit diesem einen geschlossenen Innenraum bildet, in dem sich das andere Laufrad (2) befindet, wobei zumindest ein Öl-Auslass (8) vorhanden ist, über den Öl aus dem Innenraum der Kupplung nach außen abströmen kann, wobei im Bereich der Verbindungsfläche (16) zwischen der Kupplungsschale (4) und dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad (3) eine oder mehrere Taschen (7) vorhanden sind, die jeweils zumindest einen Öl-Auslass (8) aufweisen und die jeweils zumindest eine Verbindungsbohrung (17) zu einem Zwischenraum zwischen der Kupplungsschale (4) und dem nicht mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad (2) aufweisen, und wobei die Taschen (7) so gestaltet sind, dass das Öl aus dem Arbeitsraum (6) durch die Tasche (7) in den Öl-Auslass (8) abströmen kann und dabei zumindest teilweise in radialer Richtung (R) durch die Tasche (7) strömen muss.

Description

Hydrodynamische Kupplung
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit einem primären beschaufelten Laufrad und einem sekundären beschaufelten Laufrad, die derart gestaltet sind, dass die beiden Laufräder rotierbar gelagert sind und einen mit Öl befüllbaren Arbeitsraum bilden, in dem durch Ausbildung einer Strömung Drehmoment von dem einen Laufrad auf das andere Laufrad übertragen werden kann. Wobei eine mitrotierende Kupplungsschale vorhanden ist, welche mit einem der Laufräder im Bereich des Außenumfangs über eine Verbindungsfläche verbunden ist und so mit diesem einen Innenraum bildet, in dem sich das andere Laufrad befindet. Weiterhin weist die Kupplung zumindest einen Öl-Auslass auf, über den das Öl aus dem Innenraum abströmen kann. Solche hydrodynamischen Kupplungen sind auch als Turbo- oder Strömungskupplungen bekannt.
Um die Drehmomentübertragung steuern zu können, muss der Arbeitsraum kontrolliert mit Öl befüllt und entleert werden können. Der Auslass erfolgt meist über Bohrungen im Bereich des Außenumfangs der mitrotierenden Schale der Kupplung. Der Zulauf erfolgt derart, dass das Öl im Bereich der Nabe der Kupplung in den Laufspalt zwischen den Laufrädern geleitet und dort in den Arbeitsraum eingezogen wird. Durch die Zentrifugalkräfte wird es radial nach außen gefördert. Diese Förderrichtung nach außen überlagert sich der Strömung im Arbeitsraum, die der Drehmomentübertragung dient, und erzeugt somit einen Öldurchsatz. Zur Steuerung des Öldurchsatzes beziehungsweise zur Steuerung der Füllung und Entleerung ist im Zulauf und oftmals auch im Auslass ein Ventil vorgesehen sein.
In DE 3610106 C1 ist beispielsweise eine solche hydrodynamische Kupplung beschrieben, die Auslassöffnungen im mitrotierenden Gehäuse aufweist, welche dauerhaft geöffnet sind. Die Füllmenge der Kupplung kann über die Regulierung des Zulaufs eingestellt werden, falls es sich um eine regelbare Kupplung handelt. Durch den Öldurchsatz wird in der Kupplung entstehende Reibungswärme abgeführt. Der dafür benötigte Öldurchsatz ist allerding je nach Betriebszustand sehr unterschiedlich. Auf der einen Seite darf die Öffnung nicht zu klein sein, damit auch bei geringem Druck im System, zum Beispiel bei ausgeschalteter, also entleerter Kupplung noch genug Öl für die Kühlung durchströmt. Und auf der anderen Seite darf die Öffnung nicht zu groß sein, da sonst das Öl bei hohem Durchsatz also bei gefüllter Kupplung zu stark mit Luft vermischt und somit verschäumt wird.
Um das Problem zu lösen werden in der Veröffentlichung Kupplungen mit steuerbaren oder selbsttätig regulierbaren Auslassöffnungen offenbart, bei denen die Auslassöffnungen abhängig vom Betriebszustand verändert werden können, um den Öldurchsatz und damit die Kühlung an den jeweiligen Bedarf in unterschiedlichen Betriebssituationen anpassen zu können. Das erfordert allerdings erheblichen konstruktiven oder steuerungstechnischen Mehraufwand und ist somit ein gravierender Nachteil.
Die Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine hydrodynamische Kupplung so weiter zu entwickeln, dass ohne großen konstruktiven oder steuerungstechnischen Aufwand einerseits eine verbesserte Kühlung in allen Betriebszuständen und andererseits ein zuverlässiger Betrieb der Kupplung ohne unerwünschte Verschäumung möglich ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydrodynamische Kupplung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung, die die Vorrichtung zusätzlich verbessern, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. Die erfindungsgemäße Kupplung zeichnet sich dadurch aus, dass im Bereich der Verbindungsfläche zwischen der Kupplungsschale und dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad eine oder mehrere Taschen vorhanden sind, die jeweils zumindest einen Öl-Auslass aufweisen und die jeweils zumindest eine Verbindungsbohrung zum Zwischenraum zwischen Kupplungsschale und Laufrad aufweisen. Die Taschen sind so gestaltet, dass das Öl aus dem Arbeitsraum durch die Tasche in den Öl- Auslass abströmen kann und dabei zumindest teilweise in radialer Richtung durch die Tasche strömen muss.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass durch die spezielle Anordnung der Taschen mit Öl-Auslass und Verbindungsbohrung die Ölströmung beruhigt wird und so das Öl gezielt aus dem vorliegenden Öl-Luft- Gemisch abgetrennt wird. Auch bei hohem Öldurchsatz wird somit der Luftanteil und damit die Verschäumung deutlich reduziert. Des Weiteren kann die Querschnittsfläche der Öl-Auslässe problemlos so groß gewählt werden, wie es für die nötige Kühlmenge notwendig ist, die bei deaktivierter Kupplung unter dem dann geringeren Druck im Kreislauf abströmen soll. Und dennoch besteht keine Gefahr, dass die größere Fläche der Öl-Auslässe zu einer unerwünschten Verschäumung des Öls im Betrieb führt. Die Verbindungsbohrung ist bevorzugt im radial gesehen inneren Endbereich der Tasche angeordnet. Und der Öl-Auslass ist bevorzugt im radial gesehen äußeren Endbereich der Tasche angeordnet. Mit radial innerem Endbereich ist nicht zwingend ganz innen und mit radial äußerem Endbereich ist nicht zwingend ganz außen gemeint, sondern so dass das Öl von der Eintrittsöffnung der Verbindungsbohrung in die Tasche bis zum Öl-Auslass radial nach außen strömt.
Die Taschen sind so in der Verbindungsfläche angeordnet, dass sie bevorzugt zwischen eventuell vorhandenen Löchern für Schrauben zur Flanschverbindung liegen.
Dadurch dass die Verbindungsbohrung in den Zwischenraum zwischen Kupplungsschale und dem nicht mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad endet, wird eine gute Ölabfuhr im Kühlbetrieb bei geleerter Kupplung erreicht. So kann verhindert werden, dass sich die Kupplung durch das für die Kühlung notwendige Öl unerwünscht füllt. Die Öffnung der Verbindungsbohrung in den Zwischenraum liegt gegenüber der Laufradkante zurückversetzt. So kann das Kühlöl, dass zwischen Laufrad und Kupplungsschale eingebracht wird, direkt in die Taschen abfließen.
Mit Verbindungsbohrung ist nicht zwingende ein kreisförmiges Loch gemeint. Es kann durchaus auch ein anders geformter Kanal sein.
Zum Füllen der Kupplung wird Öl über einen Einlass, der sich bevorzugt nahe der Drehachse also in Nabennähe befindet, in den Laufspalt zwischen den beiden Laufrädern gebracht. Dort wird das Öl durch die Rotationsbewegung in den Arbeitsraum der Kupplung eingezogen und bildet die Strömung zwischen den beschaufelten Laufrädern aus, die dafür sorgt, dass Drehmoment übertragen wird. Um eine ausreichende Kühlung zu ermöglichen, wird immer ein Teil des Öls aus dem Arbeitsraum über die Öl-Auslässe abgeführt und neues Öl über den Einlass zugeführt. Zum Deaktivieren der Kupplung muss das Öl aus dem Arbeitsraum ganz abgelassen werden. Das erfolgt über die Öl-Auslässe und indem über den Einlass kein weiteres Öl zugeführt wird. Hierbei ist die erfindungsgemäße Gestaltung von Vorteil, da aufgrund des geringeren Schaumanteils eine größere Ölmenge durch die Auslassöffnungen abströmen kann und somit dann sehr kurze Ausschaltzeiten bis zur Deaktivierung der Kupplung erzielt werden können.
Unter Öl wird hier jede Art von Betriebsflüssigkeit verstanden, mit der die Kupplung betrieben wird; das kann beispielsweise auch Kühlmittel oder Wasser sein. Der Innenraum ist der Raum der durch das eine Laufrad und die Kupplungsschale umschlossen wird. Die Taschen sind im Bauteil ausgebildete Vertiefungen. Sie müssen nicht notwendigerweise auf allen Seiten einen Rand aufweisen, sondern können auch zum Beispiel auf einer Seite, wie etwa zum Innenraum hin, ganz oder teilweise offen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung sind die Verbindungsbohrungen schräg angeordnet und zwar so, dass ihre Mittellinien mit der Rotationsachse der Laufräder jeweils einen Winkel zwischen 35° und 55° bilden. Alternativ oder zusätzlich bilden die Mittellinien auch noch einen Winkel zwischen 35° und 55° mit der radialen Richtung der Laufräder. Sind die Verbindungsbohrungen in beide Richtungen schräg liegen sie windschief zur Rotationsache. Ganz besonders bevorzugt ist die Schräge so, dass die Schleppwirkung des Primärrades das Öl ohne größere Umlenkung entlang der Mittellinie der Verbindungsbohrung in die schräge Verbindungsbohrung drückt. Dadurch ist ein guter Ölabfluss auch bei stehendem Sekundärrad und stehender Kupplungsschale gewährleistet, das heißt bei geringem Öldruck in der Kupplung.
Besonders bevorzugt ist die Kupplungsschale mit dem sekundären Laufrad verbunden. Das primäre Laufrad ist dann zum Beispiel auf einer Eingangswelle montiert. Die Eingangswelle kann eine axiale Zentralbohrung aufweisen, über die Öl zur Kühlung bei deaktivierter Kupplung zugeführt werden kann. Das Kühlöl kann in diesem Fall zwischen primärem Laufrad und Kupplungsschale am Arbeitsraum vorbei durch den Innenraum geführt werden.
Von Vorteil ist es für die erfinderische Ausführung, wenn jede Tasche genau einen Öl-Auslass im radial gesehen äüßeren Endbereich der Tasche aufweist. Dadurch kann der Aufstaueffekt besonders gut eingestellt werden. Aus Fertigungsgründen kann es generell von Vorteil sein, die Taschen so in der Verbindungsfläche anzuordnen, dass die Seitenwände der Taschen in axialer Richtung zum einen vom Laufrad und zum anderen von der Kupplungsschale gebildet werden. Von Vorteil für die Öl-Abscheidung aus dem Öl-Luft-Gemisch ist es, wenn jede Tasche genau einen Öl-Auslass und/oder genau eine Verbindungsbohrung aufweist.
Besonders vorteilhaft ist es, die Taschen als Vertiefung in dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad auszuführen. Dabei kann die Vertiefung insbesondere ausschließlich im Laufrad vorhanden sein. Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die Taschen als Vertiefung in der Kupplungsschale auszuführen und insbesondere auch so, dass die Vertiefung ausschließlich in der Kupplungsschale vorhanden ist. Ebenso kann es auch eine Kombination der zuvor beschriebenen Ausführungsformen geben, in der die Vertiefung der Taschen zum Teil im Laufrad und zum Teil in der Kupplungsschale eingearbeitet ist.
Die Taschen sind insbesondere so gestaltet, dass die in Umfangsrichtung gemessene Breite und/oder die in axialer Richtung gemessene Tiefe der Taschen in radialer Richtung nach außen zumindest abschnittsweise abnimmt
Durch die nach außen auftretende Verengung der Taschen wird das Öl vor dem Auslass zusätzlich aufgestaut, bevor es unter Druck abfließt. Dabei wird das Öl aus dem im Innenraum vorhandenen Öl-Luft-Gemisch noch besser abgetrennt, indem die Öltröpchen angesammelt und die Ölströmung am Auslass beruhigt wird.
Die Verengung der Taschen nach außen kann im Wesentlichen kontinuierlich ausgeführt werden, sie kann aber auch abschnittsweise oder nur in einem Teilbereich der Tasche vorhanden sein. Ebenso könnte die Verengung stufenweise ausgeführt sein. Das erlaubt eine hohe Flexibilität bei der Fertigung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Öl-Auslässe als im Wesentlichen radiale Bohrungen in der Kupplungsschale oder in dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad ausgebildet sind. Dadurch wird eine nochmalige Umlenkung der Strömung erreicht. Es ist bei der erfindungsgemäßen Kupplung ebenso möglich, die Auslässe als Bohrungen in tangentialer oder axialer oder in schräger Richtung vorzusehen. Die Bohrungen können insbesondere einen Stufensprung im Durchmesser aufweisen.
Besonders bevorzugt die Tasche so ausgeführt, dass der Öl-Strömungsweg durch die jeweilige Tasche eine Umlenkung um eine Umlenkkante aufweist. So können die Öltröpfchen, die sich in der Tasche sammeln, nicht durch Luftverwirbelungen wieder herausgedrückt werden. Eine Umlenkkante kann beispielsweise eingebracht werden, indem an der Verbindungsfläche zwischen Laufrad und Kupplungsschale ein Spalt zum Innenraum vorhanden ist und indem das Laufrad im Bereich der Verbindungsfläche so gestaltet ist, dass es eine Umlenkkante für die Ölströmung ausbildet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung beträgt die maximale Tiefe der Taschen in axialer Richtung zwischen 3 und 15 mm. So ist eine weiter verbesserte Beruhigung der Strömung und eine noch verbesserte Ölabscheidung in der Tasche möglich.
Um die vorteilhafte Wirkung der Taschen gut nutzen zu können, ist eine gewisse Ausdehnung der Taschen in radialer Richtung notwendig. Insbesondere sollte die radiale Ausdehnung der Taschen deutlich größer als die Tiefe der Taschen sein. In einer besonders bevorzugten Ausführung beträgt die radiale Ausdehnung der Taschen mindestens das Vierfache der maximalen Tiefe der Taschen in axialer Richtung. Zur weiteren Vereinfachung und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit trägt bei, dass im Bereich des Öl-Auslasses kein Ventil zur Steuerung der Auslassmenge vorhanden ist.
Ebenso ist es für die Funktion besonders vorteilhaft, wenn die Öffnung der Tasche zum Innenraum eine deutlich größere Querschnittsfläche aufweist als der Öl-Auslass einer Tasche.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform weist mehrere, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens sechs Taschen auf. Dadurch kann das Öl verteilt über den Umfang abströmen. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn die Taschen in gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt sind. Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung erläutert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden. Die Figuren zeigen im Einzelnen:
Fig.1 Schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kupplung
Fig.2 Weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Kupplung Fig.3 Detaildarstellung im Stirnschnitt für die in Fig.1 gezeigte
Ausführungsform
Nachfolgend werden die Figuren detaillierter beschrieben. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen gleiche beziehungsweise analoge Bauteile oder Komponenten.
Fig.1 zeigt die obere Hälfte einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung. Das primäre Laufrad 2 und das sekundäre Laufrad 3 bilden einen in etwa torusförmigen Arbeitsraum 6, in dem in den jeweiligen Laufrädern die Schaufeln so angeordnet sind, dass bei Füllung mit Öl Drehmoment von einem auf das andere Laufrad übertragen werden kann. Somit kann Drehmoment von der Eingangswelle 1 , auf der das primäre Laufrad 2 befestigt ist, auf die Kupplungsschale 4, die mit dem sekundären Laufrad 3 verbunden ist, übertragen werden. Die Kupplungsschale 4 und das Laufrad 3 bilden einen geschlossenen Innenraum, in dem sich das primäre Laufrad 2 befindet. Die Ölzufuhr 15 zur Füllung der Kupplung erfolgt über den Öl-Einlass, der hier als achsnaher Spalt zwischen Laufrad 3 und Eingangswelle 1 ausgebildet ist. Das Öl wird dann aufgrund der Zentrifugalkraft durch den Laufspalt 12 in den Arbeitsraum 6 eingezogen. Und von dort in den Zwischenraum hinter Laufrad 2, durch die Verbindungsbohrung 17 und in die Taschen 7 gedrückt. Die Ölabfuhr 14 erfolgt radial außen über die Öl-Auslässe 8, die im äußeren Endbereich der Taschen 7 vorhanden sind. Bei der gezeigten Ausführung sind sie als radiale Bohrungen in der Kupplungsschale 4 dargestellt. Sie können aber ebenso gut im Laufrad 3 angeordnet sein und ebenso gut als axiale oder tangentiale oder schräge Öffnungen oder Bohrungen ausgeführt sein. Die Verbindungsbohrungen 17 sind schräg ausgeführt und zwar sowohl schräg zur Rotationsachse der Laufräder als auch schräg zur radialen Richtung der Laufräder. Der Winkel der Mittellinie der Verbindungsbohrung 17 ist sowohl zur Rotationsachse als auch der zur radialen Richtung zwischen 35° und 55°. Durch diese Art der Schräge wird die Schleppwirkung des Laufrades 2, welches das Primärrad darstellt, ausgenutzt, um das Öl in die Taschen 7 zu drücken. Das ist besonders wichtig bei entleerter Kupplung. In diesem Zustand strömt das Öl im Zwischenraum zwischen der Rückseite des Laufrades 2 und der Kupplungsschale 4 und hat wenig Druck. Nur durch die gezielte Ausnutzung der Schleppwirkung wird das Öl sicher in die Taschen gedrückt, bevor es sich im Arbeitsraum ansammeln könnte. Dieser Betriebsfall tritt beispielsweise im Antriebsstrang eines Fahrzeugs auf, wenn der Motor im Leerlauf dreht und das Fahrzeug steht.
Bevorzugt hat jede Tasche genau einen Öl-Auslass 8 und eine Verbindungsbohrung 17.
Bei geleerter Kupplung, also wenn kein Öl im Arbeitsraum 6 sein soll, kann Öl zu Kühlung 9 am Arbeitsraum vorbei durch den Innenraum strömen, indem das Öl über ein axiale Zentralbohrung 5 in der Eingangswelle in den Bereich zwischen Laufrad 2 und Kupplungsschale 4 geleitet wird. Das Kühlöl strömt ebenfalls durch die Taschen 7 zum Auslass 8 und nach draußen.
Die Taschen 7 sind hier in der Kupplungsschale 4 vorhanden und mit im Wesentlichen konstanter Tiefe ausgeführt. Nicht zu sehen ist, dass die Breite in Umfangsrichtung radial nach außen abnehmen kann. Ein Detailbeispiel dazu ist in Fig.3 gezeigt. Es können zudem auch mehrere Taschen insbesondere mindestens vier oder mindestens sechs Taschen 7 vorhanden sein. Die Taschen 7 und das Laufrad 3 sind so ausgeführt, dass Kupplungsschale 4 und Laufrad 3 über einen Zentrierbund 1 1 radial ausgerichtet sind. Im Bereich des Zentrierbundes 1 1 können die Taschen 7 dicht abgeschlossen sein, so dass die Verbindungsbohrungen 17 die einzigen Öffnungen zum Innenraum der Kupplung sind. Im Betriebsfall mit gefüllter Kupplung ist der Druck des Öls so hoch, dass das Öl aus dem Arbeitsraum um die Kante des Laufrades 2 herum in die Verbindungsbohrungen 7 strömt. Alternativ können die Taschen 7 im Bereich des Zentrierbundes einen zusätzlichen Spalt zum Innenraum aufweisen, durch den vor allem bei gefüllter Kupplung zusätzlich Öl vom Arbeitsraum in die Tasche 7 strömen kann.
In allen Fällen, also bei Betrieb mit gefüllter Kupplung wie auch während des Entleerens oder bei einem Kühlölstrom am Arbeitsraum vorbei, kann das Öl in den Taschen 7 aufgestaut und somit aufkonzentriert werden, so dass wenig Luft enthalten ist.
In der Fig.2 ist eine andere erfindungsgemäße Ausführung dargestellt. Hier werden die Taschen 7 sowohl durch eine Vertiefung in der Verbindungsfläche des Laufrades 3 als auch durch eine Vertiefung in der Verbindungsfläche der Kupplungsschale 4 gebildet. Nicht extra dargestellt in den Figuren aber genauso möglich ist die erfindungsgemäße Variante, dass die Taschen 7 alleine als Vertiefung in das Laufrad eingearbeitet sind. In der gezeigten Ausführung weisen die Taschen 7 einen zusätzlich zur Verbindungsbohrung 17 vorhandenen Spalt zwischen Laufrad 3 und Kupplungsschale 4 auf. Durch diesen Spalt kann Öl aus dem Arbeitsraum in die Taschen 7 gelangen. Genauso gut kann allerdings die Tasche in diesem Bereich zwischen Laufrad 3 und Kupplungsschale 4 geschlossen ausgeführt werden, so dass die Verbindungsbohrungen 17 die einzigen Öffnungen zwischen Innenraum und Tasche 7 sind.
Die Ausführungsform nach Fig.1 ist in Fig.3 als Ausschnitt von der Stirnseite gesehen gezeigt. Darin zu erkennen sind das primäre Laufrad 2 mit den Schaufelvorderkanten 2a und die Kupplungsschale 4 mit dem umlaufenden Zentrierbund 1 1 , sowie mit den in die Verbindungsfläche 14 eingearbeiteten Taschen 7. Die Taschen 7 verengen sich in radialer Richtung R nach außen kontinuierlich. Die Breite der Taschen 7 in Umfangsrichtung gemessen nimmt nach außen hin ab. Nicht erheblich ist, dass die Breite der Taschen 7 am radial innenliegenden Beginn - im Bereich der Rundungen - zunächst etwas zunimmt.
Die Verbindungsbohrung 17 ist am radial gesehen inneren Ende der Taschen und hier in einer der Ecken vorgesehen. Die Verbindungsbohrung ist windschief zur Rotationsachse angeordnet, das heißt schräg zur radialen Richtung R und schräg zur Rotationsachse des Laufrades. Der bevorzugte Winkel für beide Schrägen liegt jeweils zwischen 35° und 55° für die Mittellinie der Verbindungsbohrung angegeben.
Durch die Verengung radial nach außen werden die Öltröpfchen, die sich sammeln zusammengedrückt und von der mitgeschleppten Luft getrennt. Die so entstehende Ölsäule in der Tasche 7 drückt aufgrund der Zentrifugalkraft das Öl durch den Öl-Auslass 8 aus der Kupplung hinaus. Die Taschen 7 sind in der Verbindungsfläche 14 vorhanden und liegen zwischen den Schraubenlöchern 10 für die Flanschverbindung über die das Laufrad 3 und die Kupplungsschale 4 verbunden werden.
Fig.4 zeigt eine weitere bevorzugte Variante zu der in Fig.3 dargestellten Ausführung. Hier ist die Tasche 7 mit im Wesentlichen gleichbleibender Breite ausgeführt.
Bezugszeichenliste
1 Eingangswelle
primäres Laufrad a Schaufelkante
sekundäres Laufrad Kupplungsschale
Bohrung
6 Arbeitsraum
7 Tasche
8 Öl-Auslass
9 Kühlölstrom
10 Schraubenlöcher
1 1 Zentrierbund
12 Laufspalt
14 Ölstrom am Auslass
15 Ölstrom am Einlass
16 Verbindungsfläche
17 Verbindungsbohrung
R radiale Richtung

Claims

Patentansprüche
1 . Hydrodynamische Kupplung aufweisend ein primäres beschaufeltes Laufrad (2) und ein sekundäres beschaufeltes Laufrad (3), die derart gestaltet sind, dass die beiden Laufräder (2,3) rotierbar gelagert sind und einen mit Öl befüllbaren Arbeitsraum bilden, in dem durch Ausbildung einer Strömung Drehmoment von dem einen Laufrad (2) auf das andere Laufrad (3) übertragen werden kann, weiterhin aufweisend eine Kupplungsschale (4), die mit einem der Laufräder (3) im Bereich dessen Außenumfangs über eine Verbindungsfläche (16) verbunden ist und so mit dem Laufrad (3) rotieren kann und mit diesem einen geschlossenen Innenraum bildet, in dem sich das andere Laufrad (2) befindet, wobei zumindest ein Öl-Auslass (8) vorhanden ist, über den Öl aus dem Innenraum der Kupplung nach außen abströmen kann,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich der Verbindungsfläche (16) zwischen der Kupplungsschale (4) und dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad (3) eine oder mehrere Taschen (7) vorhanden sind, die jeweils zumindest einen Öl-Auslass (8) aufweisen und die jeweils zumindest eine Verbindungsbohrung (17) zu einem Zwischenraum zwischen der Kupplungsschale (4) und dem nicht mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad (2) aufweisen,
und wobei die Taschen (7) so gestaltet sind, dass das Öl aus dem Arbeitsraum (6) durch die Tasche (7) in den Öl-Auslass (8) abströmen kann und dabei zumindest teilweise in radialer Richtung (R) durch die Tasche (7) strömen muss.
2. Kupplung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass die Mittellinie der Verbindungsbohrungen (17) einen Winkel zwischen 35° und 55° zur Rotationsachse der Laufräder und/oder zur radialen Richtung (R) der Laufräder aufweist.
3. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass jede Tasche (7) genau einen Öl-Auslass (8) und/oder genau eine Verbindungsbohrung (17) aufweist.
4. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Taschen (7) als Vertiefung in dem mit der Kupplungsschale (4) verbundenen Laufrad (3) ausgebildet sind.
5. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Taschen (7) als Vertiefung in der Kupplungsschale (4) ausgebildet sind.
6. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die in Umfangsrichtung gemessene Breite und/oder die in axialer Richtung gemessene Tiefe der Taschen (7) in radialer Richtung (R) nach außen zumindest abschnittsweise abnimmt.
7. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Öl-Auslässe (8) als im Wesentlichen radiale Bohrungen in der Kupplungsschale (4) oder in dem mit der Kupplungsschale verbundenen Laufrad (3) ausgebildet sind.
8. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass der Öl-Strömungsweg durch die jeweilige Tasche (7) eine Umlenkung um eine Umlenkkante (13) aufweist.
9. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Tiefe der Taschen (7) in axialer Richtung zwischen 3 und 15 mm beträgt.
10. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die radiale Ausdehnung der Taschen (7) mindestens das Vierfache der maximalen Tiefe der Taschen in axialer Richtung beträgt.
1 1 . Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich des Öl-Auslasses (8) kein Ventil zur Steuerung der Auslassmenge vorhanden ist.
12. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere, bevorzugt mindestens vier, besonders bevorzugt mindestens sechs Taschen (7) vorhanden sind.
13. Kupplung nach Anspruch 12
dadurch gekennzeichnet,
dass die Taschen (7) in im Wesentlichen gleichmäßigen Abständen über den Umfang verteilt sind.
14. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verbindungsbohrungen (17) die einzige Öffnung für die Ölströmung zwischen den Taschen (7) und dem Innenraum der Kupplung darstellen.
15. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13
dadurch gekennzeichnet,
dass die Taschen (7) neben den Verbindungsbohrungen (17) jeweils eine weitere Öffnung für die Ölströmung aufweisen, wobei diese Öffnung durch einen Spalt an der Verbindungsfläche (16) zwischen Kupplungsschale (4) und Laufrad (3) gebildet wird.
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