DE69230604T2

DE69230604T2 - Schnell beschleunigend hydraulische Kupplung

Info

Publication number: DE69230604T2
Application number: DE69230604T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Hattori; Katsumi Kimura; Hiroshi Ogata; Michio Ohtsuka; Ryuji Sakai
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1991-07-16
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2012-07-16
Also published as: DE69230604D1; EP0523663A2; EP0523663B1; DE69230604T3; JPH05118352A; EP0523663B9; EP0523663A3; EP0523663B2; JPH0830506B2; US5406792A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Übliche hydraulische Kupplungen umfassen eine Kupplung von der mit gleichbleibender Füllung versehenen Art, bei welcher der Kreislauf während des Betriebs jederzeit mit einer Flüssigkeit (Hydrauliköl) gefüllt ist, und eine Kupplung von cer mit variabler Füllung versehenen Art, bei der die Menge der Flüssigkeit (Hydrauliköl) im Kreislauf variabel ist, um eine Änderung des Vermögens zur Drehmomentübertragung zu ermöglichen. Kupplungen von der mit variabler Füllung versehenen Art umfassen eine Art mit variabler Geschwindigkeit und eine Art mit Öl-Eintrag/Austrag.
Fig. 10(a) ist eine schematische Darstellung der vorstehend beschriebenen hydraulischen Kupplung von der Art mit variabler Geschwindigkeit. Die Kupplung umfaßt ein Laufrad (Pumpenlaufrad) 102, das mit einer Antriebswelle 101 verbunden ist, und einen Läufer (Turbinenläufer) 103, der mit einer gegenüber dem Laufrad 102 liegenden, angetriebenen Welle 104 verbunden ist, um einen Flüssigkeitskreislauf zu bilden. Hydrauliköl im Kreislauf durchläuft einen Öltank 105, eine Ölpumpe 106 und einen Ölkühler 107 und kann über ein Schöpfrohr 109 in Teilmengen ersetzt (erhöht oder verringert) werden, das über einen Betätiger 108 gesteuert wird.
Hydraulische Kupplungen dieser Art arbeiten zum Zweck der Steuerung der Anzahl der Umdrehungen (d. h. der Drehgeschwindigkeit) der angetriebenen Seite und des Anlaufens eines Elektromotors an der Antriebsseite unter Nullast und ermöglichen eine Verringerung der Betriebskosten und auch eine Senkung der Kosten der Antriebsmaschine.
Fig. 10 (b) zeigt schematisch eine andere übliche hydraulische Kupplung von der Art mit Öl-Eintrag/Austrag gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das Hydrauliköl im Kreislauf kreist durch ein mit dem Auslaß des Ölkühlers 107 verbundenes Öl-Eintrag/Austrag-Schaltventil 111, und Öl wird durch ein sich in den Kreislauf erstreckendes Nachfüllrohr 112 eingetragen und durch ein sich in den Öltank 105 erstreckendes Rückführrohr 113 ausgetragen. Das Öl in dem Kreislauf wird ständig mit einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit durch eine Düse 114 zum Öltank 105 rückgeführt.
Eine hydraulische Kupplung dieser Art funktioniert zum Abschalten von Leistung (Kupplungswirkung), Absorbieren vom Drehschwingungen, Bewirken eines Starts eines Primärantriebs unter Nullast und Reduzieren von Startwiderstand, und ermöglicht den individuellen Betrieb einer Maschine, den Ein-Aus- Betrieb einer angetriebenen Maschine, ein leichtes Starten und Beschleunigen eines primären Antriebs usw.
Fig. 10 (c) zeigt schematisch die vorstehend beschriebene hydraulische Kupplung mit festgelegter Geschwindigkeit (von der Art mit gleichbleibender Füllung), die dazu ausgelegt ist, mit einem ständig mit einer Flüssigkeit gefüllten Kreislauf zu arbeiten. Eine hydraulische Kupplung dieser Art wirkt zum Zweck einer Reduzierung des Startwiderstands, Verringerung und Absorption von Schwingungen und Stößen und Absorption von Drehschwingungen und wirkt auch als Drehmomentbegrenzer, und sie wirkt zum Schutz eines Elektromotors und einer damit verbundenen Maschine.
Die (in Fig. 10(a) gezeigte) übliche hydraulische Kupplung von der Art mit variabler Geschwindigkeit ermöglicht das Einstellen einer gewünschten Drehgeschwindigkeit über einen breiten steuerbaren Bereich durch Variieren der Lage des Schöpfrohrs 109 und ist deshalb für eine Vielpunktsteuerung geeignet. Da sich jedoch das Schöpfrohr 109 relativ langsam bewegt, ist die Ansprechdauer auf die Beschleunigung, d. h. die zum Erhöhen der Drehgeschwindigkeit von ihrem niedrigsten auf ihren höchsten Wert benötigte Zeit, einer Kupplung dieser Art relativ lang, z. B. etwa 10 Sekunden bei ihrer schnellsten Geschwindigkeit.
Die (in Fig. 10(b) gezeigte) hydraulische Kupplung von der Art mit Öl-Eintrag/Austrag erlaubt ein Umschalten der Drehgeschwindigkeit zwischen zwei Punkten, d. h. der höchsten Drehgeschwindigkeit und der niedrigsten Drehgeschwindigkeit, durch Öffnen und Schließen des Öl-Eintrag/Austrag-Schaltventils 111 und ist deshalb zum Einzelbetrieb einer Antriebsmaschine und zum Ein-Aus-Betrieb einer angetriebenen Maschine geeignet. Da jedoch während des Betriebs der angetriebenen Maschine das Hydrauliköl ständig aus der Düse 114 ausgetragen wird, die am Außenumfang der Hydraulikölkammer vorgesehen ist, führt dies zu einer Verringerung des Wirkungsgrades im Falle einer hydraulischen Kupplung kleiner Größe. Da des weiteren die Menge des aus der Düse 114 ausgetragenen Hydrauliköls begrenzt ist, ergibt sich eine langsame Ansprechgeschwindigkeit beim Beschleunigen/Verlangsamen. Deshalb kann eine hydraulische Kupplung dieser Art nicht bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen eine rasche Ansprechgeschwindigkeit der Beschleunigung/Verlangsamung benötigt wird.
Die (in Fig. 10(c) gezeigte) hydraulische Kupplung mit festgelegter Geschwindigkeit eignet sich hauptsächlich zum Absorbieren und Reduzieren von Stoßkräften, kann jedoch die Drehgeschwindigkeit nicht steuern.
Wenn demgemäß eine hydraulische Kupplung einer der üblichen Bauweisen bei einer intermittierend arbeitenden Apparatur verwendet wird, zum Beispiel einer Entzunderungspumpe, die zum Entfernen von Zunder von der Oberfläche eines in einer Eisenhütte hergestellten Stahlmaterials eingesetzt wird, besteht eine große praktische Schwierigkeit, weil das Ansprechen auf die Geschwindigkeitsänderung langsam ist. Aus diesem Grund war es bisher übliche Praxis, während eines Betriebs unter Nullast die angetriebene Welle kontinuierlich mit ihrer höchsten Drehgeschwindigkeit zu drehen und den Fluß des Hydrauliköls unter Verwendung eines Ventils oder dergl. zu drosseln.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist is demgemäß, die vorstehend beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen und die Ansprechdauer der Drehgeschwindigkeit bei einer Änderung von der niedrigsten zur höchsten Geschwindigkeit und umgekehrt unter Verwendung eines rasch beschleunigenden Mechanismus einer Flüssigkeitskupplung deutlich zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe umfaßt die hydraulische Kupplung den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Ein Damm kann an einer Innenfläche des Laufradgehäuses einwärts einer in dem Laufradgehäuse vorgesehenen Ölaustragdüse vorgesehen sein, so daß eine niedrigste Drehgeschwindigkeit nach Belieben einstellbar ist. Es ist auch möglich, am innersten Umfang des die niedrigste Geschwindigkeit einstellenden Damms mehrere kleine Kerben vorzusehen, so daß die niedrigste Drehgeschwindigkeit geringen Änderungen unterziehbar ist.
Die Höhe des Damms kann in der Weise eingestellt werden, daß eine Antriebsmaschine der Kupplung nicht aufgrund eines Beschleunigungsdrehmoments, das bei einer Änderung der Drehgeschwindigkeit von der niedrigsten zur höchsten Geschwindigkeit erzeugt wird, ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.
Das Steuerventil kann dazu ausgelegt sein, es zu ermöglichen, die Ölliefergeschwindigkeit in die Arbeitskammer derart einzustellen, daß eine Antriebsmaschine nicht aufgrund eines Beschleunigungsdrehmoments, das bei einer raschen Änderung der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle von ihrer niedrigsten auf ihre höchste Geschwindigkeit erzeugt wird, ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.
Wenn sich die hydraulische Kupplung vor dem Inbetriebsetzen im Stillstand befindet, wird kein Hydrauliköl in die Arbeitskammer geliefert.
Wenn als nächstes die Antriebsseite, welche die Antriebswelle, das Laufrad und das Laufradgehäuse umfaßt, in Drehung gesetzt und bei vollständig geschlossenem Steuerventil Hydrauliköl durch die Umgehungsleitung, welche die Ölsteueröffnung aufweist, in die Arbeitskammer geliefert wird, überträgt sie eine Leistung über die Ölsteueröffnung in der Umgehungsleitung an die angetriebene Maschinenseite, so daß die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine am niedrigsten ist. Ist der Damm zur Einstellung der niedrigsten Geschwindigkeit vorgesehen, wird die niedrigste Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine durch die Höhe des Damms eingestellt.
Wird als nächstes das Steuerventil vollständig und rasch geöffnet, wird Hydrauliköl der Arbeitskammer über das Steuerventil sowie die Umgehungsleitung rasch zugeführt, so daß die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine ihre höchste Geschwindigkeit innerhalb einer sehr kurzen Zeit, z. B. 4 bis 5 Sekunden erreicht.
Wird die Drehgeschwindigkeit wie vorstehend beschrieben von der niedrigsten bis zur höchsten erhöht, wird der Antriebsmaschine ein Beschleunigungsdrehmoment erteilt, so daß die Belastungsgrenze der Antriebsmaschine überschritten werden kann, und dies kann zu einer Überlastung der Antriebsmaschine führen.
Da jedoch die Höhe des an dem Laufradgehäuse vorgesehenen, die niedrigste Geschwindigkeit einstellenden Damms vergrößert werden kann, um das beschleunigende Drehmoment zu verringern, überschreitet die Antriebsmaschine nicht ihre Belastbarkeitsgrenze als Folge des Beschleunigungsdrehmoments. In alternativer Weise kann die Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit des Steuerventils oder die Größe der Ölsteueröffnung entsprechend den Umständen geändert werden, um eine Zuführgeschwindigkeit des Hydrauliköls in die Arbeitskammer einzustellen, so daß die Antriebsmaschine nicht aufgrund des Beschleunigungsdrehmoments ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen betrachtet wird, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand von erläuternden Beispielen dargestellt ist.
Fig. 1 zeigt einen Hydrauliköl-Zuführkreis einer hydraulischen Kupplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Senkrechtquerschnitt, der die hydraulische Kupplung zeigt, die sich vor ihrem Anlaufen im Stillstand befindet;
Fig. 3 zeigt die hydraulische Kupplung in einem Zustand, bei dem die Drehgeschwindigkeit einer angetriebenen Maschine die niedrigste ist;
Fig. 4 zeigt die hydraulische Kupplung in einem Zustand, bei dem die Drehgeschwindigkeit einer angetriebenen Maschine die höchste ist;
Fig. 5(a) ist eine Ansicht eines Senkrechtquerschnitts durch eine hydraulische Kupplung mit einem Damm zum Einstellen von verschiedenen niedrigsten Geschwindigkeiten, gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5(b) ist eine Seitenansicht des Damms;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen der Höhenabmessung y des Damms zum Einstellen der niedrigsten Geschwindigkeit und der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine zeigt;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung, welche die Ansprechkennlinien der erfindungsgemäßen Kupplung zeigt, die sich er geben, wenn die Zuführdauer des Hydrauliköls 3 Sekunden beträgt;
Fig. 8 ist eine graphische Darstellung, welche die Ansprechkennlinien der erfindungsgemäßen Kupplung zeigt, die sich ergeben, wenn die Zuführdauer des Hydrauliköls 5 Sekunden beträgt;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, welche die Ansprechkennlinien des Standes der Technik zeigt; und
Fig. 10(a), 10(b) und 10(c) zeigen jeweils eine übliche hydraulische Kupplung.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Hydrauliköl-Zuführkreis einer hydraulischen Kupplung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 2 ist ein Senkrechtquerschnitt, welcher den Aufbau der hydraulischen Kupplung zeigt.
Es wird Bezug genommen auf die Fig. 2; ein Laufrad 2 ist an einer Antriebswelle 1 befestigt, und ein Läufer 3 ist an einer angetriebenen Welle 4 gegenüber dem Laufrad 2 befestigt, um einen Flüssigkeitskreislauf zu bilden. Ein Laufradgehäuse 5, das den Außenumfang des Läufers 3 umgibt, ist am Laufrad 2 befestigt und an dem Außenumfangsteil seiner Wand mit einer Düse k zum Austragen von Hydrauliköl nach außen versehen. Ein Damm D zum Einstellen der niedrigsten Geschwindigkeit ist an der Innenwandfläche des Gehäuses 5 an der Innenseite der Stelle ausgebildet, an der die Düse k vorgesehen ist.
Hierbei weist das Laufrad 2 eine in seinem radial inwärts liegenden Teil vorgesehene Hydrauliköl-Zuführöffnung 6 auf, wobei die Ölzuführöffnung 6 mit einem Durchlaß 8 in Verbindung steht, der zum Anschluß an eine Hydrauliköl-Zuführ leitung in einem antriebsseitigen Lagergehäuse 7 ausgebildet ist. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 9 ein Lagergehäuse an der angetriebenen Seite, und 7a und 9a bezeichnen Lagergleitelemente.
Eine Arbeitskammer C umfaßt das Laufrad 2, den Läufer 3 und das Laufradgehäuse 5. Hydrauliköl wird der Arbeitskammmer C durch den Hydrauliköl-Zuführdurchlaß 8 im Lagergehäuse 7 zugeführt. Der Durchlaß zum Zuführen von Hydrauliköl in die Arbeitskammer C umfaßt einen Durchlaß l&sub1;, der ein Steuerventil f, das zum raschen vollständigen Öffnen und Schließen des Durchlasses betätigbar ist, und der ferner eine Ölsteueröffnung j aufweist, und eine Leitung 12, die eine Ölsteueröffnung h aufweist und parallel zum Durchlaß l&sub1; vorgesehen ist, so daß sie das Steuerventil f umgeht, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Hydrauliköl wird der Arbeitskammer C aus einem Öltank a von einer Ölpumpe c durch ein Sieb b, entweder den Durchlaß l&sub1; oder die Leitung l&sub2;, den Ölzuführdurchlaß 8 in dem antriebsseitigen Lagergehäuse 7 und die Ölzuführöffnung 6 zugeführt. Das Öl in der Arbeitskammer C wird durch die Düse k nach außen ausgetragen. Es ist anzumerken, daß ein öldrucksteuerndes Entlastungsventil d und ein Ölkühler e je nach Erfordernis installiert sind.
Wenn das Steuerventil f vollständig geöffnet ist, wird die Menge des der Arbeitskammer C zugeführten Öls von den Ölsteueröffnungen j, h bestimmt, wogegen sie bei vollständig geschlossenem Steuerventil f von der Ölsteueröffnung h bestimmt wird. Somit ist bei vollständig geöffnetem Steuerventil f die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Seite die höchste, wogegen bei vollständig geschlossenem Steuerventil f die Drehgeschwindigkeit die niedrigste ist.
Die Betriebsweise wird nachstehend erläutert:
(i) Wenn die Vorrichtung sich vor dem Inbetriebsetzen im Stillstand befindet, wird kein Hydrauliköl in die Arbeitskammer geliefert, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
(ii) Als nächstes wird, wenn die Antriebsseite, welche die Antriebswelle 1, das Laufrad 2 und das Laufradgehäuse 5 umfaßt, in Drehung gesetzt wird und das (in Fig. 1 gezeigte) Steuerventil f vollständig geschlossen ist, Hydrauliköl über die (in Fig. 1 gezeigte) Ölsteueröffnung h und durch den Öl- zuführdurchlaß 8 im Lagergehäuse 7 und die Ölzuführöffnung 6 in die Arbeitskammer C geliefert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Menge Q&sub1; des zugeführten Öls von dem Bohrungsdurchmesser der Ölsteueröffnung h bestimmt. Das in die Arbeitskammer C gelieferte Hydrauliköl überträgt Leistung an die angetriebene Maschinenseite über das Hydrauliköl, das an der stromaufwärts liegenden Seite des Damms D zum Einstellen der niedrigen Geschwindigkeit zurückgehalten wird. Hierbei ist die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine die niedrigste. Die niedrigste Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine läßt sich nach Belieben durch eine geeignete Wahl der Höhenabmessung y des in der Fig. 3 gezeigten Damms D einstellen. Die Beziehung zwischen der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine und der Abmessung y ist so wie die in Fig. 6 dargestellte, in der die erstgenannte Größe entlang der Ordinatenachse und die letztgenannte Größe entlang der Abszissenachse aufgetragen ist. Die Menge Q&sub1; des zu diesem Zeitpunkt zugeführten Öls errechnet sich aus
Q&sub1; = q&sub1; + q&sub2; (1)
worin Q&sub1;: die Menge an zugeführtem Hydrauliköl
q&sub1;: die Menge an Öl, das aus der Düse k herausleckt (siehe Fig. 3)
q&sub2;: die Menge an Öl, das aus dem Zwischenraum zwischen dem Laufrad 2 und dem Lagergehäuse 7 herausleckt.
(iii) Wenn sich, als nächstes, die Antriebsseite dreht und das Steuerventil f vollständig geöffnet ist, wird das Hydrauliköl über die beiden (in Fig. 1 gezeigten) Ölsteueröffnungen j und h und durch den Öllieferdurchlaß 8 im Lagergehäuse 7 und die Ölzuführöffnung 6 in die Arbeitskammer C geliefert, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist. Die Menge Q&sub2; an zugeführtem Öl wird von den Bohrungsdurchmessern der Ölsteuer Öffnungen j und h bestimmt. Bei diesem Zustand ist die Arbeitskammer mit Hydrauliköl gefüllt, und das Hydrauliköl fließt ständig aus der im Laufradgehäuse 5 vorgesehenen Düse k und aus dem Zwischenraum zwischen dem Laufrad 2 und dem Lagergehäuse 7 (q&sub1; und q&sub2;) heraus. Bei diesem Zustand ist die Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine die höchste, und die Menge Q&sub2; des zu diesem Zeitpunkt zugeführten Öls errechnet sich aus
Q&sub2; = q&sub1; + q&sub2; + q&sub3; = q&sub1; + q&sub2; + V/t (2)
worin Q&sub2;: die Menge an zugeführtem Hydrauliköl
V: das Innenvolumen der Arbeitskammer
die Menge an Öl, das aus der Düse k herausleckt
q&sub2;: die Menge an Öl, das aus dem Zwischenraum zwischen dem Laufrad 2 und dem Lagergehäuse 7 herausleckt
q&sub3;: die Menge an Öl, das aus dem Zwischenraum zwischen dem Laufradgehäuse 5 und dem Lagergehäuse 9 herausleckt
t: die Fülldauer der Arbeitskammer.
Wie vorstehend beschrieben, ist es möglich, eine Ein-Aus- Steuerung der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine zwischen der niedrigsten und der höchsten durch vollständiges Öffnen und Schließen des Steuerventils f und Einstellen der Ölsteueröffnungen h und j zu bewirken. Da in diesem Fall das Innenvolumen V bekannt ist, ist es möglich, wenn eine Zuführgeschwindigkeit (V/t) von Öl zur Arbeitskammer entsprechend einer erwünschten Zeit t gewählt wird, eine erwünschte Ansprechdauer für die Änderung der Drehgeschwindigkeit von der niedrigsten zur höchsten zu erzielen. Wenn jedoch die Drehgeschwindigkeit von der niedrigsten zur höchsten erhöht wird, wirkt das durch den nachstehenden Ausdruck (3) dargestellte beschleunigende Drehmoment Ta auf die Antriebsmaschine ein, so daß die Belastbarkeitsgrenze der Antriebsmaschine überschritten werden kann, was zu einem Überhitzungsunfall der Antriebsmaschine führen kann:
Ta = GD² · (N&sub2; - N&sub1;)/375 · t (3)
worin Ta: Beschleunigungsdrehmoment
GD² : GD² der (angetriebenen Seite der hyraulischen Kupplung + der angetriebenen Maschine) (GD²: Schwungradmoment eines Rotors, G: Gewicht [kg] eines Rotors, D: Durchmesser [m] eines Rotors)
N&sub2;: die höchste Drehgeschwindigkeit
N&sub1;: die niedrigste Drehgeschwindigkeit
t: Beschleunigungsdauer (Hydraulikölzuführdauer).
Eine verbesserte Ausführungsform bezweckt, den vorstehend beschriebenen Überhitzungsunfall zu verhindern. D. h., daß in dem vorstehenden Ausdruck (3) die niedrigste Drehgeschwindigkeit N1 durch Vergrößern der Abmessung y des in Fig. 3 gezeigten Damms D erhöht wird, um dadurch (N&sub2; - N&sub1;) zu verkleinern und somit das Beschleunigungsdrehmoment Ta zu verringern. In alternativer Weise kann die Beschleunigungsdauer t erhöht werden, um dadurch das Beschleunigungsdrehmoment Ta zu verringern. Im letzteren Fall kann die Beschleunigungsdauer t durch Ändern der Bohrungsdurchmesser der in Fig. 1 gezeigten Ölsteueröffnungen j und h oder durch Ändern der Öffnungs-/Schließgeschwindigkeit des Steuerventils f vergrößert werden.
Fig. 5(a) ist eine Ansicht im Senkrechtquerschnitt einer hydraulischen Kupplung mit einem Damm Da zum Einstellen der niedrigsten Geschwindigkeit, der in der Weise angeordnet ist, daß die niedrigste Geschwindigkeit minuziös geändert werden kann, und Fig. 5(b) ist eine Seitenansicht des Damms Da (des gesamten Umfangs). Der Damm Da weist eine gerade Anzahl von kleinen halbkreisförmigen Kerben 10 auf, die an seinem innersten Umfang jeweils an Stellen zentraler Symmetrie vorgesehen sind.
Es ist sehr schwierig, die niedrigste Drehgeschwindigkeit N&sub1; einfach durch Ändern der Abmessung y des in Fig. 3 gezeigten Damms minuziös zu ändern. Die Grund hierfür ist folgender.
Wenn das den Damm D überlaufende Hydrauliköl durch die Düse k aus der Arbeitskammer nach außen ausgetragen wird, wird die niedrigste Drehgeschwindigkeit stark von der Ölfilmdicke des überlaufenden Öls beeinflußt. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform weist der Damm Da jedoch eine gerade Anzahl von kleinen halbkreisförmigen Kerben 10 auf, die an seinem innersten Umfang an Stellen zentraler Symmetrie vorgesehen sind, wie vorstehend beschrieben. Deshalb wird durch Ändern der Größe der Kerben 10 die Fließgeschwindigkeit des durch die Kerben 10 laufenden Öls variiert, und es ist möglich, die Ölfilmdicke des überlaufenden Öls minuziös zu steuern und somit möglich, die niedrigste Geschwindigkeit minuziös zu ändern. Folglich kann die niedrigste Geschwindigkeit wie vorgesehen eingestellt werden.
Fig. 7 und 8 sind graphische Darstellungen, welche die Ergebnisse von Berechnungen zeigen, bei denen die Ansprechkennlinien der. Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Maschine, das Ausgangsdrehmoment der angetriebenen Maschine und die Summe des Ausgangsdrehmoments der angetriebenen Maschine und des Beschleunigungsdrehmoments (Ordinatenachse) für verschiedene Zeitdauern der Zuführung von Hydrauliköl in die Laufradarbeitskammer, d. h. 3 Sekunden und 5 Sekunden (Abzissenachse) ermittelt wurden. Obwohl in diesem Fall die Bedingungen für GD2, die niedrigste Drehgeschwindigkeit N1 und die höchste Drehgeschwindigkeit N2 bei den beiden Beispielen gleich sind, erhöht sich das Beschleunigungsdrehmoment (die Differenz zwischen den Linien A und B in Fig. 7 und 8) im umgekehrten Verhältnis zur Beschleunigungsdauer. Die Summe des in jeder graphischen Darstellung gezeigten Beschleunigungsdrehmoments und des Ausgangsdrehmoments der angetriebenen Maschine stellt die Belastung der antreibenden Maschine dar, und die Beschleunigungsdauer (Zuführdauer von Hydrauliköl) t und die niedrigste Drehgeschwindigkeit N&sub1; müssen so eingestellt werden, daß die Last nicht die Belastbarkeitsgrenze der antreibenden Maschine übersteigt.
In beiden der in Fig. 7 und 8 gezeigten Beispiele ist die Abmessung y des Damms D so bestimmt, daß die niedrigste Drehgeschwindigkeit 1.775 U/min beträgt, und die höchste Drehgeschwindigkeit ist auf 6.597 U/min eingestellt. Bei der Zuführdauer des Hydrauliköls von 3 Sekunden und 5 Sekunden ist das Beschleunigungsdrehmoment fast halbiert, und die Ansprechdauer der Beschleunigung beträgt etwa 3,1 Sekunden und 5,1 Sekunden. Somit ist gegenüber dem üblichen (in Fig. 10(a) gezeigten) Schöpfrohrsystem die Ansprechgeschwindigkeit mit großem Abstand verbessert.
Fig. 9 zeigt die Ansprechkennlinien des Standes der Technik, d. h. des Schöpfrohrsystems. Obwohl bei diesem Beispiel die niedrigsten und die höchsten Drehgeschwindigkeiten in gleicher Weise wie bei den in Fig. 7 und 8 gezeigten Beispielen auf 1.775 U/min bzw. 6.597 U/min eingestellt sind, beträgt die Beschleunigsansprechdauer, weil die Dauer der Bewegung des Schöpfrohrs 10 Sekunden beträgt, ebenfalls etwa 10 Sekunden. Wenn bei den vorstehenden Beispielen die Totzeit und die Ansprechverzögerung erster Ordnung in Betracht gezogen werden, kann bei jedem Beispiel die tatsächliche Ansprechdauer der Beschleunigung etwa 1 Sekunde länger sein als die vorstehend angegebene Ansprechdauer der Beschleunigung.
Somit kann, weil gemäß der Erfindung dieser Anmeldung ein Durchlaß zum Zuführen von Hydrauliköl in eine Hydraulikkupplung-Arbeitskammer, die von einem Laufrad, einem Läufer und einem Laufradgehäuse gebildet wird, mit einem Steuerventil versehen ist, das zum raschen vollständigen Öffnen und Schließen betätigbar ist, und zusätzlich mit einer Umgehungsleitung mit einer Ölsteueröffnung versehen ist, die das Steuerventil umgeht, die Ansprechdauer bei einer Änderung der Drehgeschwindigkeit von der niedrigsten bis zur höchsten und umgekehrt erheblich verkürzt werden.
Falls ein Damm einwärts einer im Laufradgehäuse vorgesehenen Austragdüse vorgesehen ist, kann die niedrigste Drehgeschwindigkeit entsprechend der Anwendung durch Ändern der Konfigu ration des Damms eingestellt werden. Demgemäß kann auch eine angetriebene Maschine, welche häufig wiederholt unter Last und unter Nullast betrieben wird, zum Beispiel eine Pumpe einer Entzunderungsanlage, während des Betriebs bei Nullast mit der niedrigsten Drehgeschwindigkeit angetrieben werden. Demgemäß ergibt sich eine hochwirksame Energieeinsparung mit einfacher Steuerung.
Hinzu kommt, daß die niedrigste Drehgeschwindigkeit minuziös geändert werden kann, indem kleine Kerben am innersten Umfang des die niedrigste Geschwindigkeit einstellenden Damms vorgesehen werden.
Des weiteren kann durch Einstellen der Höhe des die niedrigste Geschwindigkeit einstellenden Damms oder der Geschwindigkeit des Öffnens und Schließens des Steuerventils oder der Größe der Ölsteueröffnung eine Überlastung einer Antriebsmaschine verhindert werden, so daß die Antriebsmaschine nicht aufgrund eines Beschleunigungsdrehmoments, das bei einer raschen Änderung der Drehgeschwindigkeit von der niedrigsten zur höchsten erzeugt wird, ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.

Claims

1. Hydraulische Kupplung, die eine Hydraulikkupplung-Arbeitskammer (C) umfaßt, mit

- einem Laufrad (2), das an einer Antriebswelle (1) befestigt ist,

- einem Läufer (3), der an einer angetriebenen Welle (4) befestigt ist,

- einem Laufradgehäuse (5), das an dem Laufrad (2) befestigt ist und den Läufer (3) umgibt, wobei das Laufradgehäuse (5) eine Austragdüse (k) zum freien Austragen von Hydrauliköl aus der Hydraulikkupplung-Arbeitskammer (C) nach außen umfaßt, und

- einem Durchlaß (11) zum Zuführen des Hydrauliköls in die Hydraulikkupplung-Arbeitskammer (C) und Steuereinrichtungen, die in dem Durchlaß (11) vorgesehen sind und ein derart wahlweise betätigbares Ventil (f) umfassen, daß es zum Ändern der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle zwischen einer höchsten und einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit voll geöffnet und geschlossen werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zusätzlich

- eine Umgehungsleitung (12) mit einer Ölsteueröffnung (h), die das Steuerventil (f) umgeht, wobei die Steuerung zum selektiven und raschen Ändern der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle (4) von einer niedrigsten Drehgeschwindigkeit der laufenden angetriebenen Welle, bei der das Steuerventil (f) voll geschlossen ist und die Menge des zur Arbeitskammer (C) zugeführten Öls von der Ölsteueröffnung (h) bestimmt wird, bis zu einer höchsten Drehgeschwindigkeit, bei der die Menge des zur Arbeitskammer (C) zugeführten Öls von dem voll aufgedrehten Ventil (f) und der Ölsteueröffnung (h) oder, je nach der Betriebsart des Steuerventils (f), umgekehrt ausgelegt ist, umfaßt.

2. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, bei der an einer Innenfläche des Laufradgehäuses (5) einwärts der Ölaustragdüse (k) ein Damm (D) zum Einstellen der niedrigsten Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle (4) vorgesehen ist.

3. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, bei der mehrere kleine Kerben (10) am innersten Umfang des Damms (D) vorgesehen sind.

4. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 3, bei der die Kerben jeweils halbkreisförmig und bezüglich der Mitte des Sperrdamms (D) symmetrisch positioniert sind.

5. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 2, bei der die Höhe (y) des Damms (D) derart eingestellt ist, daß eine Antriebsmaschine der Kupplung nicht aufgrund eines Beschleunigungsdrehmoments, das bei einer Änderung der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle (4) von ihrer niedrigsten zu ihrer höchsten Geschwindigkeit erzeugt wird, ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.

6. Hydraulische Kupplung nach Anspruch 1, bei der eine maximale Ölliefergeschwindigkeit der Schaltventileinrichtung (f) in die Arbeitskammer (C) derart eingestellt ist, daß eine Antriebsmaschine nicht aufgrund eines Beschleunigungsdrehmoments, das bei einer raschen Änderung der Drehgeschwindigkeit der angetriebenen Welle (4) entsprechend der Betriebsart der Schaltventileinrichtung (f) von ihrer niedrigsten zu ihrer höchsten Geschwindigkeit erzeugt wird, ihre Belastbarkeitsgrenze überschreitet.