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Hydrodynamische Kupplung mit mehreren parallel geschalteten hydraulischen
Teilen Die Erfindung bezieht sich auf hydrodynamische Kupplungen mit mehreren parallel
geschalteten hy-
draulischen Teilen, deren Flüssigkeitskreisläufe hintereinander
gefüllt und geleert werden können.
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Es ist bekannt, hydrodynamische Kupplungen zwischen dem treibenden
und dem angetriebenen Teil anzuordnen, um einen nachgiebigen Antriebspuffer, der
frei von Schwingungsstößen ist, zu schaffen. Es sind weiterhin hydrodynamische Kupplungen
mit zwei parallel geschalteten hydraulischen Teilen bekannt. Bei einer derartigen
bekannten Kupplung werden die beiden Kreisläufe durch eine Pumpe gefüllt, die von
einem handbetätigten Ventil gesteuert wird. Will man die Antriebsräder entleeren
und dadurch die Einheit außer Betrieb setzen, wird das Ventil in die Entleerungsstellung
gebracht und dadurch Flüssigkeit durch Öffnungen herausgeleitet, um die weitere
Umdrehung der angetriebenen Welle zu unterbinden. Die bekannte Kupplung wird also
von Hand bedient, die Laufräder arbeiten immer gemeinsam, sie können nicht unabhängig
voneinander in Betrieb gesetzt werden, da die Flüssigkeitskreisläufe immer gemeinsam
gefüllt und entleert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung zu schaffen,
bei der die zweite Stufe selbsttätig in oder außer Betrieb gesetzt wird,
je nach der Belastung, die im angetriebenen Teil auftritt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die aus dem
ersten Flüssigkeitskreislauf austretende und in einen durch das Pumpenrad und ein
das Pumpenrad außen umgreifendes, mit dem Turbinenrad umlaufendes Gehäuse gebildeten
Raum des zweiten Flüssigkeitskreislaufes strömende Arbeitsflüssigkeit lediglich
bis zu einer bestimmten Drehzahl der Turbinenräder und somit der getriebenen Welle
durch selbsttätig wirkende Ventile an diesem Gehäuse aus diesem Raum austritt und
erst nach dem überschreiten dieser Drehzahl in den zweiten Flüssigkeitskreislauf
gelangt.
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Die so ausgebildete Kupplung arbeitet also, wenn an der angetriebenen
Seite eine überlast auftritt so, daß als Folge der überlast die Drehzahl sich verringert
und in Abhängigkeit von der verringerten Drehzahl ein Ventil sich öffnet, welches
den zweiten Flüssigkeitskreislauf der Kupplung entleert, so daß der Schlupf zwischen
angetriebenem und getriebenem Teil sich vergrößert, womit ein Auffangen der Überlast
möglich ist.
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In einer zweckmäßigen Ausführungsalt der Erfindung besteht das Ventil
aus einem durch Zentrifugalkraft betätigten Ventil, welches auf dem Gehäuse angeordnet
ist. In einer zweiten zweckmäßigen Ausführungsart ist statt des Ventils eine ringförmige
koaxiale Öffnung in dem Gehäuse vorgesehen. Hierzu sei bemerkt, daß die Verwendung
von durch Fliehkraft betätigten Ventilen zur Entleerung einer hydrodynamischen Kupplung
an sich bekannt ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung gehen aus der Beschreibung und
den Zeichnungen hervor.
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F i g. 1 ist ein Teillängsschnitt durch eine Flüssigkeitskupplung,
und F i g. 2 ist ein Schnitt durch eine andere Ausführungsform einer Flüssigkeitskupplung.
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Die in der F i g. 1 gezeigte treibende Welle 10 und
die angetriebene Welle 12 sind miteinander ausgerichtet, wobei zwischen ihnen ein
Lager 14 angeordnet ist, das als Führungs- und Drucklager arbeitet. Die treibende
Welle 10 ist in einem in einer Gehäuseendglocke 18 angeordneten Lager
16 und die angetriebene Welle 12 in einem in einer Gehäuseendglocke 22 angeordneten
Lager 20 gelagert. Die Endglocken 18 und 22 sind an dem Gehäuse 24 angeflanscht,
welches die unflaufenden Teile der Kupplung einschließt und eine Wanne für die Flüssigkeit
bildet.
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Die treibende Welle 10 ist mit einem Flansch 26
versehen,
welcher beispielsweise durch Kopfschrauben 28 an einer Pumpenradnabe
30 befestigt ist, welche mit einem in einen sich radial erstreckenden Flansch
34 einmündenden Pumpenradgehäuse 32 versehen ist. Die Nabe 30 nimmt
das Pumpenrad 33 auf, das mit bekannten radialen Schaufeln 52 versehen
ist, wobei
im Betrieb das Pumpenrad und das Gehäuse 32 zusammen
umlaufen und die Pumpenradschaufeln zur Drehmomentenübertragung auf die in dem Pumpenrad
befindliche Flüssigkeit einwirken. DerFlansch34 des Gehäuses ist an einem weiteren
Flansch 36 eines Turbinenradgehäuses 38 befestigt, welcher sich radial
nach innen zu einem Verbindungsflansch 40 erstreckt, der mit dem Ende einer in beliebiger
Weise, beispielsweise durch Kopfschrauben 44, an ihm befestigten rohrförmigen Hülse
42 zusammenwirkt. Die Hülse 42 ist mit einer Lagerabstützung 46 versehen, welche
ein Lager 48 und die getriebene Welle aufnimmt. Das äußere Ende der Hülse 42 trägt
das Pumpenrad 50, welches mit dem Turbinenrad 80 zusammenarbeitet,
um den zweiten Flüssigkeitskreislauf B zu bilden. Der erste Flüssigkeitskreislauf
A der Kuppluno, wird durch das Pumpenrad 33 und das von der Welle
C 12 getragene Turbinenrad 62 gebildet.
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Die angetriebene Welle 62 ist mit einem Flansch 60 versehen,
an welchem das Turbinenrad 62 in beliebiger Weise, beispielsweise durch Schweißen,
befestigt ist. Das Turbinenrad 62 ist gegenüber dem Pumpenrad 33 angeordnet
und mit mehreren, in radialer Richtung verlaufenden Schaufeln 64 versehen, welche
so angeordnet sind, daß sie in axialer Ausrichtung mit und in geringen Abständen
von den Pumpenradschaufeln des Flüssigkeitskreislaufs A arbeiten können,
wobei zwischen ihnen ein Raum 66
gelassen ist. Zwischen dem Außenumfang des
Turbinenrades 62 und dem Innenumfang eines Blechkörpers 70 ist ein
Raum 68 vorgesehen, welcher den Raum zwischen dem Pumpenradgehäuse
32 und dem Turbinenradgehäuse 38 überbrückt und eine verstärkte Ausrichtung
zwischen ihnen vorsieht. Es kann auf jede beliebige Weise Flüssigkeit durch die
radial verlaufenden Kanäle 71 in der Pumpenradnabe 30
in den Flüssigkeitskreislauf
A eingeführt werden, die dann durch voneinander auf Abstand gehaltene öffnungen
72 in das Pumpenrad 33 fließt.
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Die getriebene Welle 12 ist mit einer Turbinenradgehäusenabe
7 versehen, an welcher auf beliebige Weise, beispielsweise durch Schweißen,
das in einen radial verlaufenden Flansch einmündende Turbinenradgehäuse
76 befestigt ist. Das Turbinenrad 80 ist mit radial verlaufenden Schaufeln
84 versehen, die mit den Schaufeln 54 des Pumpenrades 50 ausgerichtet sind,
wobei zwischen den Pumpenrad- und Turbinenradschaufeln ein Raum 86 vorhanden
ist.
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Der Flansch 78 des Turbinenradgehäuses 76 ist beispielsweise
durch Bolzen 88 an einem Flansch 90
eines sich radial nach innen erstreckenden
und das Pumpenrad 50 des Flüssigkeitskreislaufs B einschließenden Pumpenradgehäuses
92 befestigt. Zwei durch Zentrifugalkraft betätigte Ventile 94 sind an dem
Pumpenradgehäuse 92 befestigt, wobei jedes Ventil einen kugelförmigen Ventilkörper
95 aufweist, welcher mittels einer Druckfeder 99 vom Ventilsitz
101 gedrückt wird. Der Ventilkörper 95 ist beweglich in einen Einsatz
103 aufgenommen,welcher geeignete Schlitze zum Hindurchführen von Flüssigkeit
zum Sitz 101 aufweist.
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Die treibende Welle 10 und die getriebene Welle 12 sind mittels
der Lager 14, 16, 20 und 48.mit Bezug aufeinander in genauer Ausrichtung
gehalten. Die Pumpenräder der Flüssigkeitskreisläufe A und B befinden sich
durch die Lager 14 und 18 in genauer Ausrichtung, wobei die Lager 20 und
14 die Laufradeinheiten in der Flucht halten. Beim Betrieb der Flüssigkeitskupplung
tritt die Flüssigkeit in das hohle Innere 100 der Antriebswelle
10 ein und fließt durch die radial verlaufenden Kanäle 71 in der Nabe
30 nach außen und durch die Öffnungen 72 in den Raum innerhalb des
Pumpenrades 33 zwischen die Schaufeln 52. Das umlaufende Pumpenrad
er-teilt der Flüssigkeit Energie, wirft sie radial nach außen und leitet die Flüssigkeit
in Umfangsrichtung ab, so daß sie in das Turbinenrad 62
fließt, woraufhin
die umlaufende Flüssigkeit auf die Schaufeln 64 des Turbinenrades auftrifft, um
der getriebenen Welle 12 ein Drehmoment zu erteilen. Ein Teil der durch das Pumpenrad
geführten Flüssigkeit fließt durch den Umfangsraum 68 zwischen dem Außenumfang
des Turbinenrades 62 und dem Blechkörper 70 in den Raum 102 zwischen
dem Turbinenradgehäuse 38 und dem Turbinenrad 62. Somit wird ein Drehmoment
auf die angetriebene Welle übertragen, um die Last bei verminderter Drehzahl mitzunehmen.
Die Flüssigkeit strömt in dem Raum 102 radial nach innen und in axialer Richtung
durch den Raum 104 zwischen der Hülse 42 und der getriebenen Welle 12 zu einer Reihe
radial angeordneter Öffnungen 106 in der Hülse 42 auf der anderen Seite des
Gehäuses 92. Die Flüssigkeit strömt dann durch den Raum 108, zwischen
dem Gehäuse 92 und dem Pumpenrad 50 des Flüssigkeitskreislaufs B radial
nach außen zum Ventil 94, wo sie durch die Öffnungen 110 in den in dem einschließenden
Gehäuse 24 gebildeten Raum austritt. Bei einem Anstieg der Drehzahl der getriebenen
Welle auf einen vorbestimmten Wert schiebt die auf den Ventilkörper 95 wirkende
Zentrifugalkraft den Ventilkörper nach außen, so daß er den Sitz 101 berührt
und damit ein Entweichen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitskreislauf B verhindert.
Die Flüssigkeit fließt dann in axialer Richtung durch einen Umfangsraum 114 zwischen
dem Außenumfang des Pumpenrades 50 und einen Blechkörper 116, der
den Raum zwischen dem Pumpenradgehäuse 92 und dem Turbinenradgehäuse
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überbrückt, in den Flüssigkeitskreislauf B. Wenn sich der Flüssigkeitskreislauf
B mit Flüssigkeit auffüllt, wird dadurch ein Drehmoment übertragen, um die Welle
mit höherer Drehzahl anzutreiben.
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Bei der übertragung einer übermäßigen Last auf die getriebene Welle
12 vermindert diese ihre Drehzahl, woraufhin das Ventil 94 ein Ablassen der Flüssigkeit
des Flüssigkeitskreislaufs B bewirkt und dadurch das eine Oberlast bildende Drehmoment
nicht überträgt, um eine durch überbeanspruchung sowohl der treibenden als auch
der getriebenen Einheit hervorgerufene Beschädigung verhindern.
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Bei den Anfangsdrehzahlen wird die Last von dem Flüssigkreislauf
A aufgenommen, wobei der Flüssigkeitskreislauf B entkuppelt ist. Somit führen
die öffnungen 110 bei niedrigen Drehzahlen die kraftführende Flüssigkeit
ab, um sie an einem Auffüllen der Schaufeln im Flüssigkeitskreislauf B zu hindern.
Bei einem Anstieg der Drehzahl der Abtriebswelle schließt der Ventilkörper
95 unter der Zentrifugalkraft, so daß der Flüssigkeitskreislauf B aufgefüllt
wird, um einen Teil des Drehmomentes auf die Abtriebswelle zu übertragen.
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Eine auf die Abtriebswelle übertragene übermäßige Last veranlaßt die
Welle. ihre Drehzahl zu vermindern, was, sowie die Feder 99 die auf den Ventilkörper
95 ausgeübte Zentrifugalkraft überwindet, eine Öffnung des Ventilkörpers
95 und ein Entkuppeln
im Flüssigkeitskreislauf B zur Folge
hat. Somit ist sowohl bei den Anfangsdrehzahlen als auch beim Dauerbetrieb eine
Drehmomentbegrenzung vorgesehen. Die Entlüftungsöffnungen 120, 122, 124 stellen
ein schnelles Auffüllen der verschiedenen Schaufeln ohne einen Gegendruckwiderstand
sicher, wobei der Betrieb derart ist, daß neben einer Aufrechterhaltung im wesentlichen
konstanter Betriebsdrehzahlen beim Dauerbetrieb ein schnelles Ansprechen bei Überlastung
erreicht wird.
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Die F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung,
wobei durch Bildung einer ringförinigen Öffnung 130 und Anordnung zweier
diametral versetzter Leckdüsen 132 in dem Pumpenradgehäuse 92
eine
Drehmomentbegrenzung vorgesehen wird.
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Beim Betrieb der Vorrichtung nach der F i g. 2 wird die Flüssigkeit,
die in den Raum 108 durch die Öffnungen 106 entladen wird, durch den
Umfangsraum 114 begrenzt, der in die Arbeitskammer führt, welche durch Pumpenrad
50, Pumpenradschaufeln 54, Turbinenrad 80, Turbinenradschaufeln 84
und den sich radial erstreckenden Raum 86 zwischen den Turbinenradschaufeln
und den Pumpenradschaufeln gebildet wird, infolge der relativ großen Geschwindigkeitsdifferenz,
zwischen den beiden rotierenden Teilen. Dies rührt daher, daß, wenn das Pumpenrad
50 und das Turbinenrad 80 mit relativ großen Geschwindigkeitsdifferenzen
umlaufen, ein schneller Flüssigkeitsumlauf in der Arbeitskammer stattfindet. Dieser
schnelle Umlauf hat die Wirkung, daß die Flüssigkeit von dem Pumpenrad
50 vollständig und die Flüssigkeit von dem Turbinenrad 80 teilweise
durch den Raum 86 und den Umfangsraum 114 in den Raum 108 entleert
wird.
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Andererseits findet ein geringer Flüssigkeitsumlauf in der Arbeitskammer
selbst statt, wenn sowohl das Turbinenrad als auch das Pumpenrad mit etwa derselben
Geschwindigkeit umlaufen. Unter dieser Bedingung hat die Vorrichtung nur in geringem
Maße die Tendenz, sich selbst leerzupumpen. Aus diesem Grunde ist bei Nenndrehzahl
mit normaler Last nur eine relativ geringe Geschwindigkeitsdifferenz der rotierenden
Teile festzustellen, so daß die Zirkulation innerhalb der Arbeitskammer relativ
gering ist und die Arbeitskammer sich vollständig über den Raum 108
und den
Umfangsraum 114 füllt und während des Betriebes gefüllt bleibt, wodurch sie in der
Lage ist, das Drehmoment mit gutem Wirkungsgrad zu übertragen.
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Wenn die Abtriebswelle mit bestimmter Geschwindigkeit rotiert und
eine überlast auftritt, nimmt die Drehzahl der Abtriebswelle ab, und die daraus
resultierende Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Pumpenrad und Turbinenrad verursacht
den vorstehend beschriebenen Flüssigkeitsumlauf, indem die zu fördernde Flüssigkeit
aus der Arbeitskammer durch den Umfangsraum 114 in den Raum 108 und dann
durch die ringförmige Öffnung 130 geschleudert wird. Dadurch entleert sich
die Arbeitskammer und entkuppelt sich selbst.
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Die über den ersten Flüssigkeitskreislauf A beaufschlagte Kupplung,
die aus Pumpenrad 50, Turbinenrad 62 und den Gehäusen 32 und
38 besteht, überträgt auch weiterhin eine vorherbestimmbare minimale Leistung,
nachdem der zweite Flüssigkeitskreislauf entkuppelt worden ist.
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Die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer nach Fig. 2 zurDrehmomentübertragunghängtabvonder
Flüssigkeitsmenge, die in dem Umfangsraum 108 enthalten ist. Wenn die ringförmige
Öffnung 130 im Umfang vergrößert wird, enthält der Umfangsraum
108
weniger Flüssigkeit, wodurch die Kupplung nur ein geringes Drehmoment
übertragen kann als das, welches sie übertragen könnte, wenn die ringförmige Öffnung
130 kleiner wäre und dadurch der Inhalt des Raumes 108 größer. Eine
derartige Auslegung der Kupplung hätte das Ergebnis, daß ein größerer Flüssigkeitsinhalt
in der Arbeitskammer vorhanden wäre.
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Die Auslaßöffnungen 132 dienen dazu, heiße Flüssigkeit aus
der Arbeitskammer und dem Umfangsraum 108 herauszustoßen, und ebenso dazu,
den Flüssigkeitskreislauf B vollständig zu entleeren, wenn die Kupplung durch Abschalten
der Flüssigkeitszufuhr entkuppelt wird. Unter normalen Antriebsbedingungen übersteigt
jedoch die Flüssigkeitsmenge, die in die Kupplung durch die Öffnungen
106 eintritt, diejenige, welche durch die Auslaßöffnungen 132 herausströmt,
wodurch eine- einwandfreie Arbeitsweise des Füssigkeitskreislaufs B gewährleistet
ist.
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Beide Ausführungsformen der Erfindung sehen eine zweistufige Kupplung
der Antriebswelle mit der Abtriebswelle vor, wobei eine Stufe im Falle einer überlast
selbsttätig entkuppelt wird.