WO2018224428A1 - Hydrodynamische kupplung - Google Patents

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WO2018224428A1
WO2018224428A1 PCT/EP2018/064594 EP2018064594W WO2018224428A1 WO 2018224428 A1 WO2018224428 A1 WO 2018224428A1 EP 2018064594 W EP2018064594 W EP 2018064594W WO 2018224428 A1 WO2018224428 A1 WO 2018224428A1
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WO
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oil
impeller
openings
coupling according
present
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Application number
PCT/EP2018/064594
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English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Paul Schieder
Hartmut Frenz
Uwe BÄURLEN
Joachim Ruoff
Original Assignee
Voith Patent Gmbh
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Publication date
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    • 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
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • 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
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    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/08—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control
    • F16D33/10—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control consisting of controllable supply and discharge openings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D33/16—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by means arranged externally of the coupling or clutch
    • 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
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    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18—Details
    • F16D33/20—Shape of wheels, blades, or channels with respect to function

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 transmitted, further comprising a connected to a fixed housing oil inlet channel.
  • 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 coupling.
  • the feed takes place via an oil inlet through the wall of one of the impellers so that the oil is drawn into the working space. 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 region of the outer circumference and an oil inlet via a channel in the housing.
  • the oil inlet is through one of the rotating components into the working space, in this case through the wall of the primary blade wheel.
  • the capacity of the coupling can be adjusted by regulating the inlet, if it is a controllable coupling.
  • the oil outlet is permanently open, so that sets a certain oil flow.
  • Oil throughput dissipates frictional heat generated in the clutch.
  • the required oil flow is very different depending on the operating condition.
  • the problem arises that with increasing speed of the wheels increasingly more oil is thrown off through the oil outlets. While at the oil inlet less oil flows into the working space, as the blocking effect of the rotating impeller increases with higher speed. Without a valve in the outlet, such a coupling is difficult to control.
  • clutches with controllable or automatically adjustable outlet openings are disclosed in the above-mentioned publication, 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 requirements in different operating situations.
  • this requires considerable design or control-technical overhead and is thus a serious disadvantage.
  • the object of the invention is to further develop a hydrodynamic coupling so that, on the one hand, reliable operation of the coupling in all operating states and reliable cooling is possible without great constructive or control-related effort.
  • 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 the oil inlet channel has at least one nozzle and that one of the two wheels at least two through openings in the foot region of the impeller for the entry of oil into the working space and each of these openings each have a circular arc-shaped channel having.
  • the nozzle is designed so that it can generate a free jet.
  • the respective channel opens at one end into one of the openings and the grooves lie on a circle whose center lies on the axis of rotation of the wheels. additionally takes the depth of the gutters along the arc to the opening into which they open.
  • the main advantage of the solution according to the invention is that the oil supply is less speed-dependent and thus the amount of oil in the clutch can be kept constant or controlled easier. In particular, this can even be achieved that the oil supply also increases with increasing speed.
  • the oil is injected as a free jet into the gutters.
  • the free jet is preferably directed substantially in the axial direction and optionally still slightly in the tangential direction.
  • the nozzle may be, for example, a bore or an angular channel at the end of the inlet channel.
  • the amount of oil at the inlet can be controlled via a valve in or in front of the inlet channel.
  • the openings are located in the foot of the impeller, as there is lower peripheral speed, which is advantageous for the passage of the oil.
  • the foot area is considered to be the area which, viewed radially, is at a lower level Radius is located as the working area with the blades. So the area near the hub.
  • the openings for the oil supply to the secondary impeller are provided, since this is better accessible in particular for a closed embodiment of the coupling with coupling shell for the connection of the oil inlet channel.
  • the supply amount can be set by the number of openings and grooves targeted. In particular, it is preferred if at least two openings for oil supply and at least two channels are present.
  • a plurality of nozzles may be present, in particular as many nozzles may be present at the inlet channel as there are openings on the rotor.
  • the depth of the groove increases substantially continuously towards the opening at the end. This creates a good flow towards the opening.
  • the depth of the groove increases counter to the intended rotational direction of the impeller. This creates a good pressure build-up before opening.
  • the openings and the grooves are designed and arranged so that in each case a conveying edge and an obliquely arranged to the direction of rotation wall are present.
  • a conveying edge passes from the nozzle during operation, the oil is forced into the opening.
  • the conveying edge passes the oil jet more frequently and the oil supply increases.
  • the conveyor edge and the sloping wall form a kind of shovel. It is sufficient if only part of the wall of the opening or the channel is formed as an inclined wall.
  • the inclined wall and the conveying edge is curved. For example, as it turns out when the holes are made as holes and / or when the grooves with a end mill or an end mill be made. It is equally possible to plan the gutters and the openings in a cast iron impeller.
  • the oblique wall in cross section with the direction of rotation forms an angle between 25 ° and 80 °, preferably between 30 ° and 60 °.
  • Another coupling according to the invention has a coupling shell, which is connected to one of the wheels in the region of its outer periphery via a connecting surface and thus can rotate with the impeller and forms a closed interior with this, in which the other impeller is located.
  • the interior is the space that is enclosed by the one impeller and the coupling shell.
  • the outlet opening for the outflow of the oil is preferably arranged on the outer circumference of the coupling shell or the impeller which is connected to the coupling shell.
  • 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 also have an axial central bore through which oil can be supplied for cooling even when the clutch is deactivated, that is, when the working space is empty. In this case, the cooling oil can be routed through the interior space between the primary impeller and the coupling shell on the working space.
  • At least one oil outlet is provided, via which oil can flow out of the interior of the coupling to the outside.
  • no valve for controlling the discharge amount is present. This is only possible if the control of the oil flow rate is possible without such a valve in all operating conditions. This is solved particularly well in the coupling according to the invention.
  • FIG.1 Schematic representation of a coupling according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view in the axial direction of the region of the grooves of a coupling according to the invention.
  • FIG. 3 a cross-section of the development of the region of the grooves of a channel
  • 3 b shows a cross section of the development of the region of the grooves of a
  • 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 when filled with oil, torque can be transferred from one to the other impeller.
  • 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 14 for filling the clutch takes place via the inlet channel 7, which is connected to the fixed housing via the housing wall 5.
  • the oil is introduced through the at least one nozzle 18 as a free jet into the grooves 12 of the secondary Impeller 3 injected, which are located in the foot of the impeller 3. Due to the special design of the grooves - with increasing depth t in the direction of the respective opening 1 1 - the oil is pressed into the through holes 1 1, which are also present in the foot of the impeller.
  • the oil supply is supported by the rotation of the impeller 3.
  • the grooves 12 are circular arc-shaped and are all on a circle whose center is located on the axis of rotation 20 of the wheels.
  • the oil removal 14 takes place radially on the outside via the oil outlets 8, which are arranged in the region of the outer circumference of the impeller 3. In the embodiment shown, they are shown as radial bores in the coupling shell 4. 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. Furthermore, they are in the end of pocket-shaped recesses which are incorporated in the connecting surface between the impeller 3 and coupling shell 4, respectively. Through these pockets, a damming of the oil is produced before the centrifuging through the oil outlets 8, which counteracts a foaming of the oil.
  • the pockets are present here in the coupling shell 4 and executed with a substantially constant depth. There may also be several pockets.
  • the pockets and the impeller 3 are designed so that the oil must flow around a deflecting edge 15.
  • Each bag has exactly one outlet opening 8.
  • oil can flow past the working space to cool through the interior, by passing the oil through an axial central bore 17 in the input shaft 1 into the area between the impeller 2 and the coupling shell 4.
  • the cooling oil also flows through the pockets to the outlet 8 and out. In all cases, so when operating with filled clutch as well as during emptying or a cooling oil flow past the workspace, since oil can be dammed in the pockets and thus concentrated, so that little air is included.
  • FIG 2 an example of the frontal view of the grooves 12 and the openings 1 1 is shown for the above-described embodiment.
  • the number can be varied.
  • the depth t of the channel and the length of the channels in the circumferential direction can be adjusted.
  • the openings 1 1 are designed as inclined bores, which form at their entry together with the channel 12 a blade-like conveying edge 19. All grooves 12 lie on a circle about the axis of rotation 20 of the wheels and extend against the rotational direction 13 occurring in operation towards their respective opening 1 first
  • 3a and 3b show two variants for the execution of the grooves 12 and openings 1 1 as a development in cross section. It can be clearly seen in this case the depth t of the grooves increasing towards the opening 11 -and here against the direction of rotation 13 of the running wheel.
  • At the end of the groove 12 opens into the oblique opening 1 1 and forms with this a conveying edge 19.
  • the slope of the opening is given here in tangential and in the axial direction - without shares in the radial direction.
  • the conveying edge 19 passes from the nozzle due to the rotation of the free jet, it pushes the oil into the opening 11. Below the conveying edge 19, an inclined wall 21 is present, which enhances the conveying effect through the opening 1 1 through.
  • the 3a and 3b differ only by the proposed production.
  • Fig.3a a construction with milled grooves 12 and drilled openings 1 1 is shown.
  • Fig.3b shows alternatively a variant as a cast version. The essential features of the invention are present in

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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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 einen mit einem feststehenden Gehäuse (5) verbundener Öl-Einlasskanal (7), wobei der Einlasskanal (7) zumindest eine Düse (18) aufweist, derart dass ein Freistrahl erzeugt werden kann, und wobei eines der beiden Laufräder (2, 3) zumindest zwei durchgehende Öffnungen (11) im Fußbereich des Laufrades für den Einlass von Öl in den Arbeitsraum und zu jeder dieser Öffnungen (11) je eine kreisbogen-förmige Rinne (12) aufweist, wobei die jeweilige Rinne (12) an einem Ende in eine der Öffnungen (11) mündet, wobei die Rinnen (12) auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse (20) der Laufräder liegt, und wobei die Tiefe (t) der Rinnen (12) entlang des Kreisbogens zur Öffnung (11) hin, in die sie mündet, zunimmt.

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, weiterhin aufweisend einen mit einem feststehenden Gehäuse verbundener Öl-Einlasskanal. 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 Kupplung. Der Zulauf erfolgt über einen Öleinlass durch die Wandung eines der Laufräder so, dass das Öl 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 Bereich des Außenumfangs und einen Öleinlass über einen Kanal im Gehäuse aufweist. Der Öleinlass erfolgt durch eines der rotierenden Bauteile hindurch in den Arbeitsraum, in diesem Fall durch die Wand des Primärschaufelrades hindurch. Die Füllmenge der Kupplung kann über die Regulierung des Zulaufs eingestellt werden, falls es sich um eine regelbare Kupplung handelt. Der Ölauslass ist dauerhaft geöffnet, so dass sich ein gewisser Öldurchsatz einstellt. Durch den Öldurchsatz wird in der Kupplung entstehende Reibungswärme abgeführt. Der dafür benötigte Öldurchsatz ist allerding je nach Betriebszustand sehr unterschiedlich. Hierbei tritt allerdings das Problem auf, dass mit steigender Drehzahl der Laufräder zunehmend mehr Öl durch die Ölauslässe abgeschleudert wird. Während am Öleinlass weniger Öl in den Arbeitsraum strömt, da die Sperrwirkung des rotierenden Laufrades mit höherer Drehzahl zunimmt. Ohne Ventil im Auslass lässt sich eine solche Kupplung nur schwer regeln.
Um das Problem zu lösen werden in der oben genannten 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 ein zuverlässiger Betrieb der Kupplung in allen Betriebszuständen und eine zuverlässige Kühlung 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 der Öl-Einlasskanal zumindest eine Düse aufweist und dass eines der beiden Laufräder zumindest zwei durchgehende Öffnungen im Fußbereich des Laufrades für den Einlass von Öl in den Arbeitsraum und zu jeder dieser Öffnungen je eine kreisbogen-förmige Rinne aufweist. Wobei die Düse so ausgeführt ist, dass sie einen Freistrahl erzeugen kann. Die jeweilige Rinne mündet an einem Ende in eine der Öffnungen und die Rinnen liegen auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse der Laufräder liegt. Zusätzlich nimmt die Tiefe der Rinnen entlang des Kreisbogens zur Öffnung hin, in die sie münden, zu.
Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, dass die Ölzufuhr weniger drehzahlabhängig ist und somit die Ölmenge in der Kupplung einfacher konstant gehalten oder gesteuert werden kann. Insbesondere kann damit sogar erreicht werden, dass die Ölzufuhr mit zunehmender Drehzahl ebenfalls ansteigt. Durch die Düse am Öl-Einlasskanal wird das Öl als Freistrahl in die Rinnen gespritzt. Wobei der Freistrahl bevorzugt im Wesentlichen in axiale Richtung gerichtet ist und gegebenenfalls noch leicht in tangentiale Richtung. Die Düse kann beispielsweise eine Bohrung oder ein eckiger Kanal am Ende des Einlasskanals sein. Die Ölmenge am Einlass kann über ein Ventil im oder vor dem Einlasskanal gesteuert werden. Aufgrund der speziellen erfindungsgemäßen Gestaltung der Rinnen und der Öffnungen baut sich durch die Rotationsbewegung ein Druck vor den Öffnungen auf und das Öl strömt durch die Öffnungen im Fußbereich des Laufrades in den Laufspalt zwischen den Laufrädern. Von dort wird das Öl durch die Rotationsbewegung in den Arbeitsraum eingezogen und durch die Zentrifugalkräfte wird es radial nach außen gefördert. Die Ölzufuhr bei der erfindungsgemäßen Lösung ist insbesondere besser als bei Ausführungen, bei denen die Ölzufuhr durch eine Kammer mit erhöhtem Vordruck erfolgt, da diese bekannten Kupplungen aufwändigere Dichtungen erfordern und da sich hier die verstärkte Sperrwirkung des rotierenden Bauteils bei höherer Drehzahl negativ auswirkt.
Unter Öl wird hier jede Art von Betriebsflüssigkeit verstanden, mit der die Kupplung betrieben wird; das kann beispielsweise auch Kühlmittel oder Wasser sein. Die Öffnungen befinden sich im Fußbereich des Laufrades, da hier geringere Umfangsgeschwindigkeit herrscht, was für den Durchtritt des Öls vorteilhaft ist. Als Fußbereich wird der Bereich angesehen, der sich radial betrachtet auf geringerem Radius als der Arbeitsbereich mit den Schaufeln befindet. Also der Bereich in Nabennähe. Durch die entsprechende Wahl der Rinnenlänge und der Tiefe kann die Förderwirkung beeinflusst und somit gezielt ausgelegt werden. Bevorzugt sind die Öffnungen für die Ölzufuhr am sekundären Laufrad vorgesehen, da dieses insbesondere bei einer geschlossenen Ausführung der Kupplung mit Kupplungsschale besser zugänglich ist für die Anbindung des Öleinlasskanals.
Des Weiteren kann die Zuführmenge durch die Anzahl der Öffnungen und Rinnen gezielt eingestellt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn mindestens zwei Öffnungen zur Ölzufuhr und mindestens zwei Rinnen vorhanden sind.
Um das Öl gleichmäßiger verteilt über den Umfang zuführen zu können, können mehrere Düsen vorhanden sein, insbesondere können genauso viele Düsen am Einlasskanal vorhanden sein, wie Öffnungen am Laufrad vorhanden sind.
Von Vorteil ist es, wenn die Tiefe der Rinne im Wesentlichen kontinuierlich zur Öffnung am Ende hin zunimmt. Dadurch wird eine gute Strömung zur Öffnung hin erzeugt. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Tiefe der Rinne entgegen der vorgesehenen Rotationsrichtung des Laufrades zunimmt. Dadurch wird ein guter Druckaufbau vor der Öffnung erzeugt.
Bevorzugt sind die Öffnungen und die Rinnen so gestaltet und angeordnet, dass jeweils eine Förderkante und eine schräg zur Rotationsrichtung angeordnete Wandung vorhanden sind. Sobald eine Förderkante im Betrieb am Ölstrahl aus der Düse vorbeistreicht, wird das Öl in die Öffnung gedrückt. Mit steigender Drehzahl kommt die Förderkante entsprechend häufiger am Ölstrahl vorbei und die Ölzufuhr steigt mit an. Die Förderkante und die schräge Wandung bilden eine Art Schaufel. Dabei reicht es aus, wenn nur ein Teil der Wandung der Öffnung beziehungsweise der Rinne als schräge Wandung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die schräge Wandung und die Förderkante gekrümmt ausgeführt. Zum Beispiel so wie es sich ergibt, wenn die Öffnungen als Bohrungen ausgeführt werden und/oder wenn die Rinnen mit einem Fingerfräser oder einem Schaftfräser gefertigt werden. Es ist genauso gut möglich, die Rinnen und die Öffnungen in ein Laufrad in Gusskonstruktion einzuplanen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung bildet die schräge Wandung im Querschnitt mit der Rotationsrichtung einen Winkel zwischen 25° und 80 °, bevorzugt zwischen 30° und 60°. Dadurch wird eine besonders gute Förderwirkung durch die Öffnung hindurch erzielt.
Eine weitere erfindungsgemäße Kupplung weist eine Kupplungsschale auf, die mit einem der Laufräder im Bereich dessen Außenumfangs über eine Verbindungsfläche verbunden ist und so mit dem Laufrad rotieren kann und mit diesem einen geschlossenen Innenraum bildet, in dem sich das andere Laufrad befindet. Der Innenraum ist der Raum, der durch das eine Laufrad und die Kupplungsschale umschlossen wird. Die Auslassöffnung für das Abströmen des Öls ist bevorzugt am Außenumfang der Kupplungsschale oder des Laufrades, das mit der Kupplungsschale verbunden ist, angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Kupplungsschale mit dem sekundären Laufrad verbunden. Das primäre Laufrad ist dann zum Beispiel auf einer Eingangswelle montiert. Die Eingangswelle kann zudem eine axiale Zentralbohrung aufweisen, über die Öl zur Kühlung auch bei deaktivierter Kupplung zugeführt werden kann, das heißt bei geleertem Arbeitsraum. Das Kühlöl kann in diesem Fall zwischen primärem Laufrad und Kupplungsschale am Arbeitsraum vorbei durch den Innenraum geführt werden.
Insbesondere ist zumindest ein Öl-Auslass vorhanden, über den Öl aus dem Innenraum der Kupplung nach außen abströmen kann. Zur weiteren Vereinfachung und zur Verbesserung der Zuverlässigkeit trägt bei, wenn im Bereich des Öl-Auslasses kein Ventil zur Steuerung der Auslassmenge vorhanden ist. Das ist nur möglich, wenn die Steuerung der Öl-Durchflussmenge auch ohne ein solches Ventil in allen Betriebszuständen möglich ist. Das ist bei der erfindungsgemäßen Kupplung besonders gut gelöst. 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 Draufsicht in axialer Richtung auf den Bereich der Rinnen einer erfindungsgemäßen Kupplung Fig.3a Querschnitt der Abwickung des Bereichs der Rinnen einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform
Fig.3b Querschnitt der Abwickung des Bereichs der Rinnen einer
weiteren erfindungsgemäßen 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 im seitlichen Schnitt. 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 14 zur Füllung der Kupplung erfolgt über den Einlasskanal 7, der mit dem feststehenden Gehäuse über die Gehäusewand 5 verbunden ist. Das Öl wird durch die zumindest eine Düse 18 als Freistrahl in die Rinnen 12 des sekundären Laufrades 3 gespritzt, welche sich im Fußbereich des Laufrades 3 befinden. Durch die besondere Ausgestaltung der Rinnen - mit zunehmender Tiefe t in Richtung der jeweiligen Öffnung 1 1 - wird das Öl in die durchgehenden Öffnungen 1 1 gedrückt, die ebenfalls im Fußbereich des Laufrades vorhanden sind. Dabei wird die Ölzufuhr durch die Rotation des Laufrades 3 unterstützt. Die Rinnen 12 sind kreisbogen-förmig ausgebildet und liegen alle auf einem Kreis, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse 20 der Laufräder liegt. Details zur Ausführung der Rinnen 12 und er Öffnungen 1 1 sind in den Figuren 2 und 3a oder 3b dargestellt. Da im Raum vor den Öffnungen 1 1 nicht mit besonders hohem Vordruck gearbeitet wird, sondern mit einem Freistrahl, reichen kurze Spaltdichtungen 9 aus, um den Bereich der Ölzufuhr abzudichten. Das Öl gelangt dann durch das Laufrad 3 in den Raum zwischen den Laufrädern 2 und 3. Von dort wird es aufgrund der Rotation über den Laufspalt 10 in den Arbeitsraum 6 gezogen. Im Arbeitsraum 6 bildet sich wegen der Schaufeln und der gegebenen Form die gewünschte Strömung aus. Mit dem Füllgrad kann die Drehmomentübertragung gesteuert werden.
Die Ölabfuhr 14 erfolgt radial außen über die Öl-Auslässe 8, die im Bereich des Außenumfangs der Laufrades 3 angeordnet 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. Des Weiteren sind sie im Endbereich von taschenförmigen Vertiefungen, die in die Verbindungsfläche zwischen Laufrad 3 und Kupplungsschale 4 eingearbeitet sind, angeordnet. Durch diese Taschen wird ein Aufstauen des Öls vor dem Abschleudern durch die Öl-Auslässe 8 erzeugt, was einer Verschäumung des Öls entgegenwirkt. Die Taschen sind hier in der Kupplungsschale 4 vorhanden und mit im Wesentlichen konstanter Tiefe ausgeführt. Es können zudem auch mehrere Taschen vorhanden sein. Die Taschen und das Laufrad 3 sind so ausgeführt, dass das Öl um eine Umlenkkante 15 strömen muss. Jede Tasche hat hier genau eine Auslassöffnung 8. Bei geleerter Kupplung, also wenn kein Öl im Arbeitsraum 6 sein soll, kann Öl zu Kühlung am Arbeitsraum vorbei durch den Innenraum strömen, indem das Öl über ein axiale Zentralbohrung 17 in der Eingangswelle 1 in den Bereich zwischen Laufrad 2 und Kupplungsschale 4 geleitet wird. Das Kühlöl strömt ebenfalls durch die Taschen zum Auslass 8 und nach draußen. In allen Fällen, also bei Betrieb mit gefüllter Kupplung wie auch während des Entleerens oder bei einem Kühlölstrom am Arbeitsraum vorbei, kann da Öl in den Taschen aufgestaut und somit aufkonzentriert werden, so dass wenig Luft enthalten ist.
In der Fig.2 ist für die zuvor beschriebene Ausführung ein Beispiel für die stirnseitige Ansicht der Rinnen 12 und der Öffnungen 1 1 dargestellt. Hier ist eine Ausführung mit drei Rinnen 12 und drei Öffnungen 1 1 gezeigt. Zur Anpassung der gewünschten Ölfördermenge kann die Anzahl variiert werden. Ebenso kann die Tiefe t der Rinne und die Länge der Rinnen in Kreisumfangsrichtung angepasst werden. Die Öffnungen 1 1 sind als schräge Bohrungen ausgeführt, die an ihrem Eintritt zusammen mit der Rinne 12 eine schaufelartige Förderkante 19 bilden. Alle Rinnen 12 liegen auf einem Kreis um die Rotationsachse 20 der Laufräder und erstrecken sich entgegen der im Betrieb auftretenden Rotationsrichtung 13 hin zu ihrer jeweiligen Öffnung 1 1 .
Die Fig.3a und 3b zeigen zwei Varianten für die Ausführung der Rinnen 12 und Öffnungen 1 1 als Abwicklung im Querschnitt. Darin gut zu erkennen ist die jeweils zur Öffnung 1 1 hin - und hier gegen die Rotationsrichtung 13 des Laufrades - zunehmende Tiefe t der Rinnen. Am Ende mündet die Rinne 12 in die schräge Öffnung 1 1 und bildet mit dieser eine Förderkante 19 aus. Die Schräge der Öffnung ist hier in tangentialer und in axialer Richtung gegeben - ohne Anteile in radialer Richtung. Wenn die Förderkante 19 aufgrund der Rotation am Freistrahl aus der Düse vorbeikommt, drückt sie das Öl in die Öffnung 1 1 . Unterhalb der Förderkante 19 ist eine schräge Wandung 21 vorhanden, die die Förderwirkung durch die Öffnung 1 1 hindurch noch verstärkt. Die Fig.3a und 3b unterscheiden sich nur durch die vorgeschlagene Herstellung. In Fig.3a ist eine Konstruktion mit gefrästen Rinnen 12 und gebohrten Öffnungen 1 1 dargestellt. Fig.3b zeigt alternativ eine Variante als Gussausführung. Die wesentlichen erfindungsgemäßen Merkmale sind in beiden Varianten vorhanden.
Bezugszeichenliste
1 Eingangswelle
primäres Laufrad
2a Schaufelkante
3 sekundäres Laufrad
Kupplungsschale
5 Gehäusewand
6 Arbeitsraum
7 Öl-Einlasskanal
8 Öl-Auslass
9 Spaltdichtung
10 Laufspalt
1 1 Öffnung
12 Rinne
13 Rotationsrichtung
14 Ölstrom am Einlass
15 Umlenkkante
16 Ölstrom am Auslass
17 Zentralbohrung
18 Düse
19 Förderkante
20 Rotationsachse
21 Wandung t Tiefe der Rinne

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 einen mit einem feststehenden Gehäuse (5) verbundener Öl- Einlasskanal (7),
dadurch gekennzeichnet,
dass der Einlasskanal (7) zumindest eine Düse (18) aufweist, derart dass ein Freistrahl erzeugt werden kann, und dass eines der beiden Laufräder (2,3) zumindest zwei durchgehende Öffnungen (1 1 ) im Fußbereich des Laufrades für den Einlass von Öl in den Arbeitsraum und zu jeder dieser Öffnungen (1 1 ) je eine kreisbogen-förmige Rinne (12) aufweist,
wobei die jeweilige Rinne (12) an einem Ende in eine der Öffnungen (1 1 ) mündet, wobei die Rinnen (12) auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt auf der Rotationsachse (20) der Laufräder liegt, und wobei die Tiefe (t) der Rinnen (12) entlang des Kreisbogens zur Öffnung (1 1 ) hin, in die sie mündet, zunimmt.
2. Kupplung nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens zwei Öffnungen (1 1 ) und mindestens zwei Rinnen (12) vorhanden sind.
3. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass mehrere Düsen (18) vorhanden sind, insbesondere dass genauso viele Düsen (18) am Einlasskanal (7) vorhanden sind wie Öffnungen (1 1 ) am Laufrad (3).
4. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet,
dass die Tiefe (t) der Rinne im Wesentlichen kontinuierlich zur Öffnung (1 1 ) hin zunimmt.
5. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Tiefen (t) der Rinne entgegen der vorgesehenen Rotationsrichtung (13) zunimmt.
6. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnungen (1 1 ) und die Rinnen (12) so gestaltet und angeordnet sind, dass jeweils eine Förderkante (19) und eine schräg zur Rotationsrichtung (13) angeordnete Wandung (21 ) vorhanden sind.
7. Kupplung nach einem Anspruch 6
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wandung (21 ) im Querschnitt mit der Rotationsrichtung (13) einen Winkel zwischen 25° und 80 °, bevorzugt zwischen 30° und 60° bildet.
8. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Kupplungsschale (4) vorhanden ist, 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,
9. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Öl-Auslass (8) vorhanden ist, über den Öl aus dem Innenraum der Kupplung nach außen abströmen kann,
10. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass im Bereich des Öl-Auslasses (8) kein Ventil zur Steuerung der Auslassmenge vorhanden ist.
1 1 . Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass im oder vor dem Einlasskanal (7) ein Ventil zur Steuerung des Ölstroms (14) am Einlass vorhanden ist.
12. Kupplung nach einem der vorherigen Ansprüche
dadurch gekennzeichnet,
dass die Öffnungen (1 1 ) am sekundären Laufrad (3) vorhanden sind.
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