DE102007056495A1

DE102007056495A1 - Hydrodynamische Kupplung

Info

Publication number: DE102007056495A1
Application number: DE200710056495
Authority: DE
Inventors: Markus Dr. Kley; Werner Adams
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2009-04-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen: - mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden; - mit einer Schöpfeinrichtung, die einen Abführkanal mit einem radial äußeren Einlass und einem radial inneren Auslass aufweist. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: - als Schöpfeinrichtung ist eine Schöpfscheibe vorgesehen, die senkrecht zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist, und die wenigstens einen Abführkanal aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit einem Pumpenrad und einem Turbinenrad, die beide einen torusförmigen Arbeitsraum miteinander bilden.
Hydrodynamische Kupplungen haben den Vorteil eines elastischen Arbeitsverhaltens sowie einer sanften, relativ stoßfreien Übertragung eines Drehmoments, beispielsweise von einem Motor auf ein Förderband. Es gibt aber zahlreiche Fälle in der Praxis, in denen es wünschenswert ist, das übertragbare Drehmoment zu begrenzen oder abzusenken. Hierdurch wird der Motor beim Anfahren noch mehr geschont.
DE 43 11 350 A1 zeigt und beschreibt eine hydrodynamische Kupplung mit einer selbsttätigen Drehmomentbegrenzung. Hierbei ist radial innerhalb des Pumpenrades ein Stauraum vorgesehen. Vor dem Anfahren der Kupplung befindet sich der größte Teil des Öles, das als Arbeitsmedium dient, innerhalb des genannten Stauraumes. Beim Anfahren der Kupplung wird zunächst das Pumpenrad in Umlauf versetzt. Da der Arbeitsraum hierbei zunächst noch wenig oder gar kein Öl enthält, wird das Turbinenrad zunächst noch nicht angetrieben. Im Stauraum bildet sich ein Ölring, der nach und nach über eine Überströmkante in denjenigen Teil des Arbeitsraumes eintritt, der aus dem Pumpenrad gebildet wird, und der schließlich völlig in den Arbeitsraum überströmt. Auf diese Weise wird ein relativ sanftes Anfahren erreicht.
Die meisten hydrodynamischen Kupplungen werden mit Öl als Betriebsmedium betrieben. Beim Betrieb erwärmt sich das Öl. Es muss somit gekühlt werden. Zu diesem Zweck wird das Öl ständig in einem Kühlkreislauf umgewälzt. Dabei wird es durch einen Wärmetauscher hindurchgeführt, der sich außerhalb der hydrodynamischen Kupplung befindet. Die gesamte hydrodynamische Kupplung ist dabei von einem Gehäuse umschlossen, das einen ersten Anschluss zum Abführen des Öles und einen zweiten Anschluss zum Wiedereinführen des Öles nach Durchlauf des Wärmetauschers besitzt.
Das Abführen erfolgt durch Eintauchen eines Schöpfrohres – sogenannte Staudruckpumpe – in einen Ölsumpf. Der Ölsumpf ist aus einer ringförmigen Schale gebildet, die im Betrieb der hydrodynamischen Kupplung – zusammen mit dem Pumpenrad – umläuft. Das Mundstück der Staudruckpumpe taucht mehr oder minder tief in den Ölsumpf ein, der sich in der genannten Schale bildet.
Das Schöpfrohr kann derart gestaltet sein, dass sein Mundstück in radialer Richtung verschiebbar ist. Damit lässt sich der Füllungsgrad der hydrodynamischen Kupplung zum Zwecke von deren Regelung einstellen.
Während des Betriebes ist der Raum, in welchem sich das Schöpfrohr befindet, von Betriebsmedium durchströmt. Das Betriebsmedium prallt mit erheblicher Energie auf das Schöpfrohr. Dies hat zwei erhebliche Nachteile: Zum einen wird hierbei Energie aufgezehrt und somit der Gesamtwirkungsgrad der hydrodynamischen Pumpe verringert. Zum anderen müssen die beteiligten Bauteile, insbesondere das Schöpfrohr selbst, im Hinblick auf die notwendige Festigkeit entsprechend dimensioniert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung mit einer Schöpfeinrichtung derart zu gestalten, dass der Wirkungsgrad optimiert und bei ausreichender Festigkeit die beanspruchten Bauteile schwächer dimensioniert werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Demgemäß sehen die Erfinder statt des Schöpfrohres eine Schöpfscheibe vor. Die Schöpfscheibe ist wenigstens annähernd in einer achssenkrechten Ebene angeordnet. Sie ist mit wenigstens einer Bohrung als Abführkanal versehen. Die Bohrung weist einen Einlass in einem radial äußeren Bereich, und einen Auslass in einem radial inneren Bereich auf. Sie kann feststehen oder umlaufen.
Die Scheibe kann eine planparallele Kreisscheibe sein. Abweichungen hiervon sind denkbar. Die Schöpfscheibe kann beispielsweise – in Seitenansicht gesehen – abgekröpft sein, um sich dem Raumangebot anzupassen.
Die Bohrung kann eine Radialbohrung sein. Sie kann auch nach Art einer Sekante verlaufen. Sie kann ferner abgekröpft sein, zum Beispiel in einem radial äußeren Bereich als Sekante verlaufen, und in einem radial inneren Bereich als Radialbohrung. Auch Spiralformen sind denkbar.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt eine hydrodynamische Kupplung in einem Axialschnitt beim Hochlauf.
2 zeigt die Kupplung gemäß 1 beim Nennbetrieb.
3 zeigt die Kupplung gemäß 1 bei Teilfüllung.
4 zeigt die Schöpfscheibe der Kupplung gemäß der 1 bis 3 in Draufsicht.
5 zeigt die Schöpfscheibe gemäß 4 in einem Axialschnitt (nur oberer Teil).
6 zeigt eine weitere Schöpfscheibe in Draufsicht.
7 zeigt eine weitere Schöpfscheibe in Draufsicht.
8 zeigt eine weitere Schöpfscheibe in Draufsicht.
9 zeigt eine weitere Schöpfscheibe in Draufsicht.
Die in den 1 bis 3 dargestellte hydrodynamische Kupplung weist ein Pumpenrad 1 und ein Turbinenrad 2 auf. Diese bilden miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum 3.
Mit dem Pumpenrad 1 ist eine Pumpenschale 4 drehfest verbunden. Dieses bildet zusammen mit dem Pumpenrad einen Speicherraum 5. Das Turbinenrad 2 ist von einem Gehäuse 6 umschlossen.
Im Speicherraum 5 befindet sich eine feststehende Schöpfscheibe 7.
Der Speicherraum 5 ist derart dimensioniert, dass die Füllung im Arbeitsraum 3 im Anfahrzustand stark reduziert ist. Das im Speicherraum 5 befindliche Betriebsmedium – hier ein Öl – wird durch die Schöpfscheibe 7 abgeschöpft und dem Arbeitsraum 3 radial innen zugeführt. Das Pumpenrad weist Düsenbohrungen 1.1, 1.2 auf, über die eine leitende Verbindung zwischen Arbeitsraum 3 und Speicherraum 5 hergestellt wird. Durch eine entsprechende Abstimmung der Düsenbohrungen sowie durch eine entsprechende Einstellung von Ventilen (hier nicht dargestellt) lässt sich der zeitliche Verlauf des Momentenanstieges bis zur völligen Füllung des Arbeitsraumes 3 festlegen.
1 zeigt die Verhältnisse beim Hochlauf der hydrodynamischen Kupplung, wobei ein hoher Schlupf vorliegt.
2 zeigt die Verhältnisse bei maximaler Füllung. Hier überträgt die hydrodynamische Kupplung das maximal mögliche Moment. Der Spiegel im Speicherraum 5 befindet sich im Umfangsbereich der Schöpfscheibe 7. Die Schöpfscheibe 7 weist Kanäle 7.1 auf. Durch diese wird Öl in den Speicherraum geführt. Siehe 4.
3 zeigt die Verhältnisse bei Teilfüllung. Der Ölstand im Speicherraum 5 liegt radial innerhalb des Umfanges der Schöpfscheibe 7.
In 4 sieht man eine Schöpfscheibe 7 in Draufsicht. Dabei sind sechs Abführkanäle vorgesehen. Jeder Kanal weist einen sekantenartigen Kanalabschnitt 7.1 und einen radialen Kanalabschnitt 7.2 auf.
5 zeigt eine etwas andere Ausführungsform der Schöpfscheibe 7 mit den zugehörenden Kanälen. Die Schöpfscheibe 7 ist abgekröpft. Nur in ihrem radial inneren Bereich verläuft sie achssenkrecht. Im radial äußeren Bereich ist sie gegen die achssenkrechte Ebene geneigt. Sie hat somit Tellerform. Man erkennt den radial äußeren Kanalabschnitt 7.1. Dieser mündet in einen Ringkanal 7.3, der die Teilströme aus mehreren radial äußeren Kanälen 7.1 sammelt und durch hier nicht gezeigte Radialleitungen weiter radial nach innen führt.
6 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform einer Schöpfscheibe. Hierbei sind sieben Kanäle 7.1 vorgesehen. Diese haben Spiralform.
Bei der Ausführungsform gemäß 7 ist – nur beispielshalber – ein einziger Kanal 7.1 dargestellt. Dieser weist an seinem radial äußeren Ende einen Krümmer 7.5 auf, dessen Mündung der Strömung des Betriebsmediums entgegengerichtet ist.
Die in 8 gezeigte Schöpfscheibe weist zwei Kanäle auf. Kanal 7.1 verläuft geradlinig und entlang einer Radialen. Kanal 7.2 hingegen verläuft in einem inneren Bereich ebenfalls geradlinig, und ist gegen den Umfang der Schöpfscheibe 7 hin gekrümmt, und zwar in Umlaufrichtung – siehe den Pfeil.
Die in 9 gezeigte Schöpfscheibe weist wiederum zwei Kanäle 7.1 und 7.2 auf. Kanal 7.1 verläuft entlang einer Radialen und ist geradlinig. Kanal 7.2 weist einen inneren, geradlinigen Abschnitt auf, und einen äußeren, gekrümmten Abschnitt. Die Krümmung verläuft dabei entgegen dem Drehsinn – siehe wiederum den Pfeil.
Die Schöpfscheibe muss nicht unbedingt eine Scheibe konstanter Dicke sein. Sie kann beispielsweise – in einem Axiaischnitt gesehen – tailliert sein und ihre dünnste Stelle im Zentrum haben. Es kann sich aber auch – wiederum in einem Axialschnitt gesehen – vom Zentrum zum Umfang hin verjüngen, somit im Zentrum am dicksten sein. Ferner kann die Schöpfscheibe entlang des Verlaufes eines Kanales 7.2 verdickt sein.

1: Pumpenrad
1.1: Düsenbohrung
1.2: Düsenbohrung
2: Turbinenrad
3: Arbeitsraum
4: Pumpenschale
5: Speicherraum
6: Gehäuse
7: Schöpfscheibe
7.1: Kanal beziehungsweise Kanalabschnitt
7.2: Kanalabschnitt
7.3: Ringkanal
7.4: Leitblech
7.5: Krümmer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4311350 A1 [0003]

Claims

Hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen: 1.1 mit einem Pumpenrad (1) und einem Turbinenrad (2), die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum (3) bilden; 1.2 mit einer Schöpfeinrichtung, die einen Abführkanal (7.1, 7.2, 7.3) mit einem radial äußeren Einlass und einem radial inneren Auslass aufweist; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.3 als Schöpfeinrichtung ist eine Schöpfscheibe (7) vorgesehen, die senkrecht zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist, und die wenigstens einen Abführkanal (7.1, 7.2, 7.3) aufweist.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführkanäle (7.1, 7.2) radial verlaufen.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführkanäle (7.1) nach Art einer Sekante verlaufen.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abführkanäle (7.1), in Draufsicht auf die Schöpfscheibe (7) gesehen, kreisbogenförmig oder spiralig verlaufen.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplungsschale vorgesehen ist, die mit dem Kupplungsrad drehfest verbunden ist.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die eine Seitenfläche der Schöpfscheibe (7) einen Verlauf aufweist, der von einer achssenkrechten Ebene abweicht.
Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schöpfscheibe (7) in einem Axialschnitt gesehen tailliert ist.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schöpfscheibe (7) – in einem Axialschnitt gesehen – von ihrem Zentrum zu ihrem Umfang hin verjüngt.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schöpfscheibe (7) ständig umläuft.
Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 10.1 die Schöpfscheibe (7) ist – in einem Axialschnitt gesehen -tellerförmig gestaltet, so dass sie einen radial inneren, achssenkrechten Bereich, und einen radial äußeren, gegen die Achse geneigten Bereich aufweist; 10.2 die Schöpfscheibe (7) umschließt wenigstens einen radial äußeren Kanalabschnitt (7.1) sowie einen Ringkanal (7.3), in den Teilströme aus den radial äußeren Kanalabschnitten (7.1) münden.