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Die Erfindung betrifft e hydromechanische Kupplung, z.B.
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für Fördercr und GewinnungsInaschinen des Untertageberybaus, bestehend
aus einem einem Flüssigkeitsvorratsraum zugeordneten Pumpenrad rotierenden, das
Turbinenrad abdeckenden Lagerschale jeweils mit einem zugeordneten, vorzugsweise
als Radialkugellager ausgebildeten, nach außen abgedichteten, auf der Abstützwelle
abgestützEen Lager, wobei das Pumpen- und das Turbinenrad eine Radialbeschaufelung
eines Arbeitsraumes bilden, in den die Flüssigkeit von dem angetriebenen Pumpenrad
über Axialbohrungen und/oder durch eine auf der Nabe des rulnpenrades befestigte,
vorzugsweise mit Ventilen versehene Ringplatte zur Mitnahme des Turbinenrades strömt.
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Von wesentlicher Bedeutung für die Einsatzmöglichkeiten derartiger
hydromechanischer Kupplungen ist ihr Drehmomentenverlauf bei unterschiedlichen Drehzahlen,
d.h. die sogenannte Kupplungscharakteristik. Man spricht von einer weichen Charakteristik,
wenn mit steigender Drehzahl das Kupplungsmoment gleichmäßig zunimmt. Solche Kupplungen
werden im Untertagebetrieb z.B. an Bandantrieben eingesetzt, um ruckartige Anfahrbelastungen
des Gurtes zu verhindern, welche in dem Gurt Spannungen aufbauen und u.a. die Bandnähte
hocqbeanspruchen.
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Diese Kupplungen besitzen in der Regel in dem beschaufelten Teil des
Pumpenrades und/oder in der Pumpenradnabe eine oder mehrere Axialbohrungen, durch
die je nach Drehzahl und Drehzahldifferenz der beiden Kupplungsräder Flüssigkeit
aus dem Vorratsraum in den Arbeitsraum und umgekehrt selbsttätig übertritt. Kupplungen
mit härterer Charakteristik, bei denen einer bestimmten Drehzahl starke zunehmende
bzw. abnehmende Drehmomente gegenüberstehen, benötigt man dagegen im Untertdgebetrieb,
beispielsweise an Kohlenhobelantrieben. Für diese Zwecke haben die Kupplungen im
allgemeinen die beschriebene Ringplatte, die mit der Kupplungsnabe verschraubt ist
und
mehrere Ventile trägt, deren bewegliche Teile in die geschlossene
Stellung der Ventile mit Ventilfedern vorgespannt sind, die von Fliehgewichten überwunden
werden können, welche die Ventile öffnen.
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Im allgemeinen verwendet man im Untertagebetrieb eine nicht brandgefährliche
Flüssigkeit, die aus Sicherheitsgründen das früher allgemein in derartigen Kupplungen
benutzte öl ersetzen.
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Diese Flüssigkeiten eignen sich nicht nur für die in derartigen Kupplungen
auftretenden Arbeitstemperaturen, welche im normalen Betrieb über 1000 C betragen
können, bevor bei übermäßigem Schlupf zwischen den Kupplungsrädern die meistens
als Schmelzstopfen ausgebildeten Sicherungen der Kupplung ansprechen und die Flüssigkeit
nach außen abgeben. Solche Flüssigkeiten schützen auch die ihnen ausgesetzten Maschinenteile
gegen Korrosion und haben die Aufgabe, die Schmierung der Radiallaqer zu bewirken.
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Diese Radiallager stützen das Pumpenrad und die sich mit diesem drehende
Gehäuse schale welches das Turbinenrad umgibt und innen der Flüssigkeit ausgesetzt
ist, auf einer Nabenwelle ab, welche in der Regel mit der angetriebenen Welle verkeilt
ist.
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Um diese Schmierung der Radlager ohne Verlust an Flüssigkeit zu bewirken,
sind die Radlager nach außen abgedichtet. Dazu benutzt man wesen der geringen Schmierfähigkeit
der i?lüssigkeit und ihrer hohen Arbeitstemperaturen tiiiie elXllendichtrinc3e.
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Dafür benötigt man entsprechende Gehäuse, die von Ausnehmungen in
der Nabe des Pumpenrades und dem Kupplungsgehäuse gebildet werden.
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Die zum Ersatz des brandgefährlichen Kupplungsöles eingesetzten hydraulischen
Medien haben jedoch ihrerseits eine Reihe von Nachteilen. Sie sind nicht nur teuer,
sondern u.a. auch giftig.
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Betrieblich führen sie wie das Kupplungsöl zu erheblichen
Schwierigkeiten,
wenn qie beschriebenen Schrnelzsicherungen angesprochen haben und die füllung der
Kupplung verlorengegancjen ist.
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Dann nämlich müssen entsprechende Mengen der Spezialflüssigkeit herangeschafft
bzw.bereitgehalten werden. Insbesondere bei nicht stationären Antrieben, z.B. den
beschriebenen Gewinnungsmaschinen ist die Bereithaltung praktisch ausgeschlossen,
so daß längere Betriebsstillstände fast immer in Kauf genommen werden müssen. Man
ist deswegen bestrebt, das überall zur Verfügung stehende Leitungswasser als Flüssigkeit
in den Kupplungen einzusetzen, hat aber bisher die damit verbundenen zahlreichen
Probleme noch nicht befriedigend lösen können. Insbesondere kennt man bislang keine
Möglichkeit, die in großer Zcthl im Untertagebetrieb eingesetzten hydraulischen
Kupplungen mit und ohne Ventile auf eine derartige Wasserfüllung umzustellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die an einer solchen von
vornherein oder nachträglich auf eine Wasserfüllung umgestellte hydromechanische
Kupplung der eingangs bezeichneten Art auftretenden Probleme zu lösen, nämlich insbesondere
für eine ausreichende Schmierung der Radlager trotz der nicht schmierenden Kupplungsfüllung
zu sorgen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mit
einer Dauerschmierung versehenen Lager mit Hilfe je einer radial vorgespannten Ringlippendichtung
von der Flüssigkeit abgeschlossen, mindestens die zwischen den Lippendichtungen
angeordneten Wellenteile korrosionsgeschützt und die Ringlippendichtung jeweils
einstückig mit einer von dem Dichtungswerkstoff gebildeten Ummantelung eines Metallringes
ausgebildet ist, der durch mehrere auf einem Lochkreis sitzende Schrauben befestigt
ist, wobei der der Gehäuseschale zugeordnete Ring mit deren Nabe verbunden ist und
der dem
Pumpenrad zugeordnete Ring mit der Ringplatte verschraubbar
ist, die mit oder ohne Ventile einbaubar ist. Erfindungsgemäß werden die korrosionsgefährdeten
Wellenteile geschützt und die Radlager einerseits gegen die niedrig viskose und
außerdem vergleichsweise heiße Flüssigkeit gegen den Kupplungsraum so abgediclltet,
daß das aus Fett bestehende Medium der Dauerschmierung von der Kupplungsflüssigkeit
weder ausgewaschen werden noch seinerseits unter Uberwindung der Abdichtung in den
Kupplungsraum übertreten kann; das geschieht mit Hilfe der Ringlippendichtung, die
infolge ihrer Ausbildung an dem beschriebenen verschraubbaren Ring ohne das übliche
:lendichtringgehäuse auskommt und sich daher nachträglich in die umlaufenden Teile
einbauen läßt. Am Pumpenrad macht sich die Erfindung dazu die bekannte Ventilringplatte
nutzbar, wobei ventillose Kupplungen einfach dadurch verwirklicht werden, daß die
Ventile, d.h. deren beweglichen Teile fortgelassen werden.
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Die dann übrig bleibenden Ventilbohrungen bzw. Ventilkolben wirken
so, daß sich eine weitere Vergleichmäßigung der eingangs erläuterten Kupplungscharakteristik
ergibt, die gegebenenfalls durch in der Ringplatte anbringbare zusätzliche Bohrungen
weiter günstig beeinflußt werden kann. Andererseits können Ventilkupplungen ebenso
leicht auf Wasserfüllung umgebaut oder von vornherein dafür vorgesehen werden.
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Die Ummantelung des Ringes bildet gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform
der Erfindung eine Scheibe, aus deren der Naben- bzw.Ventilringanlageseite abgewandte
Vorderseite axial die keilringförmige Ringlippendichtung vorsteht, deren Rücken
eine Ringnut aufweist, die eine Ringfeder aufnimmt. Auf diese Weise läßt sich bei
der gebotenen raumsparenden Anordnung ein ausreichender Andruck der Dichtlippe auf
der Nabenwelle gewährleisten, der die beiderseits anstehenden Schmier- und Kupplungsmedien
voneinander
gernnt hält.
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Gemäß einem weiteren, vorzugsweisen Merkmal der Erfindung steht aus
der Ndbe- bzw. Ventilringanlageseite der Ringummantelung ein Flansch vor, der bei
der Radialabdichtung des Turbinenradwellenlagers radial nach außen und bei der Radialabdichtung
des Pumpenradwellenlagers radial innen ausgebildet ist und jeweils an einer Radialkante
des Ventilringes bzw. der Radnabe endet.
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Als Dichtungswerkstoff kommen insbesondere Kunststoffe mit elastischen
bzw. elastomeren Eigenschaften und hoher Temperaturbeständigkeit in Betracht. Die
korrosionsfeste Ausbildung der Wellen teile kann von vornherein durch Ausführung
dieser Teile in Edelstahl gewährleistet werden; bei nachträglichem Umbau werden
die betreffenden Wellenteile erfindungsgemäß durch eine an sich bekannte Flammaufspritzung
geschützt. Dieser geht eine spanabhebende Bearbeitung der betreffenden Wellenteile
voraus, worauf man zunächst eine Haftschicht auf die bearbei- ten teten Flachen
aufbringt. Die Oberfläche der Haftschicht wird dann mit einer dünnen Korrosionsschutzschicht
versehen, die im Metallaufspritzverfahren aufgebracht wird.
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Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung
anhand der Figuren in der Zeichnung; es zeigen Fig. 1 im Axialschnitt eine hydromechanische
Kupplung, die nachträglich gemäß der Erfindung auf Wasserfüllung x umgebaut ist
und
Fig. 2 eine Ansicht längs der Linie 11-11 der Fig. 1.
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Die darges-tellte hydromechanische Kupplung hat antriebswellenseitig
eine umlaufende Gehäuseschale 1, die über Gewindebohrungen 4 auf einem Lochkreis
3 an die nicht-dargestellte Nabe der Antriebswelle angeschlossen wird. Diese Gehäuseschale
1 ist mit einem Pumpenrad 2 über mehrere auf einem Lochkreis 4 sitzende Schrauben
5 fest verbunden. Das Pumpenrad 2 bildet zusammen mit der Schale 1 einen ringförmigen
Vorratsraum 6, der mit Kupplungsflüssigkeit, d.h. mit Leitungswasser gefüllt werden
kann. Das Pumpenrad 2 trägt auf seinem Umfang mehrere, auf einem Lochkreis 7 angeordnete
Schrauben 8, welche das Pumpenrad 2 mit einer weiteren Gehäuseschale 9 verbinden.
Die Gehäuseschale besitzt eine Nabe 10, die über ein Radialkugellager 11 auf einer
Nabenwelle 12 abgestützt ist. Die Nabenwelle 12 ist auf dem nicht dargestellten
Ende einer angetriebenen Welle verkeilt. Das Radialkugellager 11 ist über mehrere
Metalldichtringe 13, 14 nach außen abgedichtet.
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Auch das Pumpenrad 2 besitzt eine Nabe 1S, die eine Ausnehmung 16
besitzt, um ein Gehäuse für eine Metalldichtung 17 zu bilden, das ein Radialkugellager
18 nach außen abschließt, welches das Pumpenrad 2 auf der Nabenwelle 12 abstützt.
Eine Ringplatte 19 ist mit Hilfe mehrerer auf einem Lochkreis 20 angeordneter Schraubenbolzen
21 mit einem ringförmigen Teil der Pumpenradnabe 15 verschraubt. Die Ringplatte
19 kann von vornherein eingebaut sein und besitzt dann wenigstens zwei nicht dargestellte
Ventile der beschriebenen Ausbildung und Wirkungsweise.
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Auf einem inneren Lochkreis 22 sitzt eine Mehrzahl von Schraubenholzen
23, welche eine allgemein mit 25 bezeichnete Radialdichtung mit der Ventilplatte
19 und damit mit der Pumpenradnabe verspannen.
Auf diese Weise
wird für das Kugellager 18 eine nach beiden axialen Richtungen abgeschlossene Kammer
26 gebildet, die mit Fett gefüllt ist, das eine Dauerschmierung des Kugellagers
gewährleistet.
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Für das Kugellager 11 ist eine entsprechende Fettkammer 27 mit Hilfe
einer Radialdichtung 28 gebildet, die mit Hilfe mehrerer Schrauben 29 mit einem
vergleichsweise dicken ringförmigen Teil der Nabe 10 verschraubt ist, wobei die
Schrauben 29 auf einem Lochkreis 30 angeordnet sind.
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Übereinstimmend ist in beiden Radialdichtungen 25, 28 folgende Anordnung
verwirklicht: Ein scheibenförmiger Metallring 31, der auf dem Lochkreis der Schrauben
23 bzw. 2-9 sitzende Bohrungen aufweist, hat eine aus Dichtungswerkstoff bestehende
Ummantelung 32, so daß eine Scheibe 33 entsteht, aus deren der Naben- bzw.
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Ventilringanlageseite 34 abgewandter Vorderseite 35 axial eine keilringförmige
Ringlippendichtung 36 vorsteht. Die Lippe ist bei 37 zu erkennen und sitzt radial
unter einer Ringnut 38, in die eine Ringfeder 39 eingelegt ist.
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Aus der Naben- bzw. Ventilringanlageseite 34 der Ringunmantelung 32
steht ein Flansch 40 bzw. 41 vor. Bei der Radialabdichtlng, ist das Turbinenradwellenlager
radial außen angebracht und dichtet mit der äußeren Kante des ringförmigen Nabenteiles
ab, während der Flanschring 41 des Pumpenradwellenlagers 18 radial innen ausgebildet
ist und mit der Innenkante des Ventilringes dichtet.
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Das Turbinenrad ist mit 43 bezeichnet und besitzt eine verhältnismäßig
weit in Richtung auf die Nabenwelle 12 vorstehende Beschaufelung 44. Die Beschaufelung
45 des Pumpenrades endet dagegen in etwas größerem Abstand von der Nabenwelle 12.
Dadurch
ist es möglich, die Ventilringplatte 19 an der Pumpenradnabe
anzuschrauben, während die Nabe 46 des Turbinenrades diese Möglichkeit nicht bietet,
u.a. weil sie mit einem Flansch 47 der Nabenwelle 12 verschraubt werden muß.
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Bei Stillstand der Wellen steht die aus Wasser bestehende Kupplungsflüssigkeit
sowohl dem Vorratsraum 6 wie in dem mit 48 bezeichneten Arbeitsraum der Kupplung
an, der über den beschaufelten Teil der beiden Räder bis auf die Nabenwelle reicht,
die zwischen der Turbinenradnabe 46 und der Radialdichtung 25 liegt. Die Flüssigkeit
kann außerdem über einen Spalt 49 zwischen das Turbinenrad 43 und den schalenförmigen
Gehäuseteil 9 yelangen und beaufschlagt dementsprechend den Teil der Nabenwelle
12, der zwischen der Turbinenradnahe 46 und der Ringdichtung 28 liegt.
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Beim Anfahren wird das Kupplungswasser nach außen gedrängt und kann
über Axialbohrungen 50 im beschaufelten Teil des Pumpenrades in den Arbeitsraum
48 strömen. Sofern in dem mit 51 bezeichneten Abschnitt der Pumpenradnabe ebenfalls
Bohrungen angebracht sind, kann die Kupplungsflüssigkeit auch über diese Axidlbohrungen
durch in der Ringplatte 19 angeordnete Ventile in den Arbeitsraum 48 strömen. Das
ist jedoch erst dann der Fall, wenn eine bestimmte Drehzahl erreicht ist. Je nach
Schlupf zwischen Pumpen- und Turbinenrad strömt das Wasser aus dem Arbeitsraum 48
in den Vorratsraum 6 bzw. umgekehrt aus dem Arbeitsraum 6 in den Vorratsraum 48.
Während die Flüssigkeit beim Anfahren auch den gesamten Arbeitsraum ausfüllt, steht
sie bei Retriebsdrehzahl nur im beschaufelten Teil des Arbeitsraumes an und bewirkt
die Kupplung der beiden Räder.
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Auf der Nabenwelle sind für die Lippen 37 der Radialdichtungen 25,
28 besondere Laufflächen vorgesehen. Sie werden beispielsweise durch ringförmiges
Abdrehen der Oberfläche der wie vorstehend beschriebenen aufgebrachten Korrosionsschicht
auf einer bestimmten Teillänge der Nebenwelle hergestellt. Die Ringbreite kann dabei
zwischen 25-30 mm liegen. Diese Bearbeituwj verfolgt einer-seits den Zweck, eine
Passung herzustellen, die Undichtigkeiten zwischen den Lippen 37 und dem Nabenwellenkörper
verhindert; sie hat andererseits die Aufgabe, eine glatte Lauffläche für die Lippen
37 zu schaffen. Das Abdrehen der Korrosionsschicht erfolgt jedoch nur so, daß nach
der Bearbeitung auf den abgedrehten Stellen noch eine hinreichend dicke Schicht
aus dem Korrosionsschutzmaterial verbleibt, um Korrosionsschaden an den Laufflächen
zu verhindern.