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Hydrodynamische Kupplung, vornehmlich zum Antrieb von Zahnradvorgelegen
Es sind hydrodynamische Kupplungen bekannt, bei welchen in einem gemeinsamen Gehäuse
einem von einer Antriebsmaschine angetriebenen Pumpenrad ein gleichachsiges, auf
der Abtriebswelle sitzendes Turbinenrad gegenüberliegt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine derartige hydrodynamische
Kupplung. Erfindungsgemäß ist dabei das Turbinenrad in mindestens -zwei gegeneinander
verdrehbar gelagerte Teile unterteilt, welche je einen Teil des Gesamtdrehmomentes
aufnehmen und die D`rehmomentanteile unabhängig voneinander demselben Abtriebsteil
zuleiten.
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Die Unterteilung :des Turbinenrades der Kupplung in zwei oder mehr
gegeneinander verdrehbar gelagerte Teile ermöglicht es, die auf diese Teile übertragenen
Drehmomentanteile unabhängig voneinander weiterzuleiten. Das hauptsächlichste Anwendungsgebiet
des Erfindungsgegenstandes stellt der Antrieb von Zahnradvorgelegen dar, und seine
Verwendung bringt ganz ei'hebliclie Vorteile. Wird z. B. dem antreibenden Zahnritzel
eines Zahnradvorgeleges beidseitig je die Hälfte des Drehmomentes zugeleitet, so
wird die Torsionsbeanspruchung des Ritzels und damit die Verdrehung seiner Zahnflanken
auf den vierten Teil ermäßigt. Dadurch können örtliche Überlastungen und damit verbundene
Schäden an den Zahnflanken vermieden werden. Ferner können zwei gleichachsige Ritzel
unabhängig voneinander angetrieben werden. Weiterhin ist es möglich, die Drehmomentanteile
zwei oder mehr am Umfange eines
anzutreibenden Zahnrades angeordneten
Ritzeln zuzuleiten, wodurch sich bei einem Zahnradgetriebe erhebliche Raum- und
Gewichtsersparnisse erzielen lassen.
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Die Unterteilung des Turbinenrades entsprechend der gewünschten Unterteilung
des Gesamtdrehmomentes läßt sich aus der Turbinengleichung leicht errechnen.
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In der Zeichnung sind fünf Ausführungsbeispiele desErfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. i einen axialen Schnitt .durch eine Kupplung
zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges, Fig. 2 eine Ansicht eines Teils des Turbinenrades
der Kupplung gemäß Linie A-A in Fig. z, Fig. 3 einen axialen Schnitt durch eine
zweite Ausführungsform einer Kupplung zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges, Fig.
q, eine Ansicht eines Teils des Turbinenrades der Kupplung gemäß- Linie 13-B in
Fig. 3,, Fig, 5 einen Teil eines axialen Schnittes durch eine dritte Ausführungsform
einer Kupplung zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges; Fig. 6 einen Teil eines axialen
Schnittes durch eine vierte Ausführungsform einer Kupplung zum Antrieb eines Zahnra:dvorgeleges,
Fig. 7 einen Teil eines axialen Schnittes durch eine fünfte Ausführungsform einer
Kupplung zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges und Fig: 8 die Anordnung der Kitzel
am Umfange des anzutreibenden Zahnrades des Vorgeleges nach F'ig. 7 in Seitenansicht.
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Bei der Ausführungsform der Kupplung zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges
gemäß Fig. i und 2 ist mit i das treibende Schaufelrad bezeichnet, welches durch
eine Welle t von einer Antriebsmaschine 3 angetrieben wird. Die ,Schaufeln des getriebenen
Schaufelrades dieser Kupplung sind zum Zweck der Unterteilung des Drehmomentes in
zwei Gruppen unterteilt. Die Schaufeln der einen Gruppe sind mit 4, diejenigen der
anderen Gruppe mit 5 bezeichnet, wobei die Schaufeln 4 und 5 in Richtung der Flüssigkeitsströmungsbahn
ineinandergreifen. Die Schaufeln 4 sind mit dem Teil 6 des in zwei Teile geteilten
»äußeren Türbinenradmantels fest verbunden (Fig. a), wobei zwischen diesen Schaufeln
4 und dem inneren Turbinenradn-lantel 7 ein kleiner Spalt 8 gewahrt ist. Die Schaufeln
5 sind ,dagegen mit dem inneren Turbinenradrüantel und dem an der Nabe sitzenden
Teil io des äußeren Turbinenradmantels fest verbunden, wobei zwischen diesen Schaufeln
5 und dem Teil 6 des äußeren Turbinenradmantels ein kleiner Spalt ii gewahrt ist.
Das auf die Schaufeln q; übertragene Drehmoment wird über den Teil 6 des äußeren
Turbinenradmantels und einen mit diesem fest verbundenen Flansch i2 einer in den
Lagern 13, und 14 gelagerten hohlen Kitzelwelle 15 auf das, näher :gelegene Ende
dieser letzteren und das auf die Schaufeln 5 übertragene Drehmoment über den Teil
1=o des äußeren Radmantels, die Nabe 9; eine die hohle Kitzelwelle 15 frei durchsetzende
Übertragungswelle 16 auf einen Flansch 17 am anderen Ende der hohlen Ritzelwelle
15 übertragen. Da innerhalb des Schaufelabstandes .der Schaufeln4 gegenüber den
Schaufeln 5 eine kleine Verdrehungsmöglichkeit besteht, erfolgt die Übertragung
des Drehmomentes von den Schaufeln 4 auf den Flansch i2 am einen Ende der Ritzelwelle
15 vollständig unabhängig von der Übertragung des Drehmomentesvon denSchaufeln 5
auf den @ Flansch r7 am anderen Ende der Kitzelwelle 15. Mit i8 ist das aus einem
Stück mit der Kitzelwelle 15 bestehende Kitzel bezeichnet, ,Weiches mit dem Zahnrad
1,9 des Vorgeleges im Eingriff steht und dieses antreibt. Sind die Schaufeln und
5 in gleicher Zahl vorhanden und sind deren Flächen entsprechend bemessen, so wird
von dem innerhalb der Kupplung rotierenden Flüssigkeitsring durch die Schaufeln
4 und die Schaufeln 5 je die Hälfte des ganzen .durah die Kupplung zu übertrabenden
Drehmomentes aufgenommen, und in diesem Falle wird unter der Annahme, daß sich der
Zahndruck längs der Zahnflanken gleichmäßig verteilt, die Verdrehung der Zahnflanken
infolge der Torsionsbeanspruchung .der Kitzelwelle 15 im Vergleich zu den Verhältnissen,
die sich bei einseitigem Antrieb derselben ergeben, auf den vierten Teil reduziert.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4. ist eine andere Art der
Unterteilung es Drehmomentes innerhalb der Kupplung dargestellt: Durch eine zylindrische
Trennfuge 2o ist das Turbinenrad der Kupplung in einen aus dem Teil -i des äußeren
Turbinenradmantels, dem Teil 2,2 des inneren Turbinenradmantels und den zwischen
diesen fest angeordneten Schaufeln 23 bestehenden Teil und eine aus dem Teil 24
des äußeren Türbinenradmantels, .dem Teil a5 des innerenTurbinenradmante.ls und
den zwischen diesen fest angeordneten Schaufeln 26 bestehenden Teil unterteilt,
welcher konzentrisch 1m Teil 21, 22, 2,3 liegt. Der Teil 21 des äußeren Turbinenradmäntels
ist mit einem ,Flansch 27 einer hohlen Kitzelwelle 2:8 fest verbünden und über ihn
wird das von den Schaufeln 23 aufgenommene Drehmoment auf den Flansch 27 am einen
Ernde-,der Kitzelwelle 28 übertragen. Am Teil 2t. des äußeren Radmantels sitzt eine
Nabe 2.g, welche fest auf das eine Ende einer die ;hohle Kitzelwelle 28 frei durchsetzenden
übertragungswelle 3o aufgekeilt ist. Von dieser Übertragungswelle 30 wird
das von den Schaufeln-26 aufgenommene Drehmoment über einen mit ihrem anderen Ende
fest verbundenen Flansch 3,1 am anderen Ende der Kitzelwelle 2,8 auf diese letztere
übertragen. Durch entsprechende Wahl des radialen Abstandes der Trennfuge 2o von
der Drehachse kann das Gesamtdrehmoment der Flüssigkeitskupplung in jedem gewünschten
Verhältnis unterteilt werden.
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An Stelle einer zylindrischen Trennfuge könnte auch eine kegelförmige
Trennfuge vorgesehen werden.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform ist für den Antrieb eines
Doppelritzels bestimmt, wobei das Drehmoment dem Doppelritzel, um die
Verdrehung
der Zahnflanken infolge der Torsionsbeanspruchung herabzusetzen, zu einem Teil,
z. B. zur Hälfte in der Mitte, und zu je einem Teil, z. B. zu je einem Viertel an
seinen äußeren Enden, zugeführt werden soll. Zu diesem Zweck ist ,das Turbinenrad
durch zwei zylindrische Trennfugen 32 und 33 in-drei konzentrisch ineinanderliegende
Teile unterteilt, von denen .der eine aus dem Teil 34 des äußeren Turbinenradmantels,
dem Teil 35 des inneren Turbinenradmantels und den zwischen diesen fest angeordneten
Schaufeln 36, der zweite aus dem Teil 37 des äußeren Turbinenradmantels, dem Teil
3S
des inneren Turbinenradmantels und den zwischen diesen fest angeordneten
Schaufeln 39 und der dritte aus dem Teil 4o des äußeren Turbinenradmantels, dem
Teil 41 des inneren Turibinenradmantels und den zwischen diesen fest angerordneten
Schaufeln 42 besteht. Der Teil 34 des äußeren Turbinenradmantels ist mit einem Flansch
43 am einen Ende einer hohlen Ritzelwelle 4.4. fest verbunden. Der Teil
37 des äußeren Turbinenradmantels ist auf dem einen Ende einer hohlen Übertragungswelle
45 fest verkeilt, welche die Kitzelwelle 44. frei durchsetzt- und welche an ihrem
anderen Ende einen Flansch 4,6 besitzt. Dieser Flansch 46 liegt zwischen einem Flansch
4,7 am Ende der Kitzelwelle 4.4 und einem Flansch 48 einer zweiten, zur Kitzelwelle
44 koaxialen Kitzelwelle 49 und ist mit diesen verbunden. Am Teil 40 des äußeren
Turbinenradmantels sitzt eine Nabe 50, welche auf dem einen Ende einer Übertragungswelle
51 fest verkeilt ist. Diese Übertragungswelle 51 durchsetzt frei die hohle Übertragungswelle
4,i5 und deren Flansch 46 sowie die hohle Kitzelwelle 4I9 und besitzt an ihrem anderen
Ende einen Flansch 52, welcher fest verbunden ist mit einem Flansch 53 am entfernteren
Ende der Kitzelwelle 49. Das Kitzel 54 der Kitzelwelle 4.4, und das Kitzel 55 der
Kitzelwelle 49 stehen im Eingriff mit den Zahnkränzen 56 und 57 eines zwei.kränzigen
Zahnrades, welches anzutreiben ist.
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Durch zweckentsprechende Wahl des radialen Abstandes der beiden Trennfugen
32 und 33 von der Drehachse kann das gesamte von der Kupplung aufgenommene Drehmoment
in der verlangten Weise unterteilt werden, und die drei Teildrehmomente werden unabhängig
voneinander an ihre Angriffspunkte an den Kitzelwellen 44 und 49 übertragen.
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Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform der :Kupplung zum Antrieb
eines Zahnradvorgeleges ist zum Antrieb zweier gleichachsiger, aber nicht miteinander
zu einer Dreheinheit verbundener Kitzel 58 und 59 bestimmt, welche je mit dem einen
Zahnkranz 6o' bzw. 6ö' eines zweikränzigen Zahnrades 6o im Eingriff stehen und dieses
antreiben. Die Flüssigkeitskupplung, welche in Fig.6 nur um Teil dargestellt ist,
ist z. B. entsprechend der Ausführungsform gemäß Fig. z und 2 ausgebildet. :Uit
dem Teil bi des äußeren Turbinenradmantels ist ein am näheren Ende der hohlen Kitzelwelle
62 des Kitzels 58 sitzender Flansch 63 fest verbunden. Am Teil 64 des äußeren Turbinenradmantels
sitzt die Nabe 65, welche fest auf dem einen Ende einer Übertragungswelle 66 verkeilt
ist. Die Übertragungswelle 66 durchsetzt frei die hohle Ritzeiwelle 6,2 und die
zu dieser koaxiale, :hohle Ritzelwelle 6.'7 des Ritzels 59. An ihrem anderen
Ende besitzt die Übertragungswelle 66 einen Flansch 68, welcher fest verbunden ist
mit einem am entfernteren Ende der Ritzelwelle 67 sitzenden Flansch 69.
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Auf die beiden Zahnritzel 58 und 59 wird je z. B. die Hälfte
des von der Kupplung aufgenommenen Gesamtdrehmomentes übertragen. Da die beiden
Teile des Turbinenrades in den Grenzen des Schaufelabstandes gegeneinander verdre!hbar
sind, sind auch die Ritzel 58 und 59 innerhalb des Zahnspiels der Verzahnungen gegeneinander
verdrehbar. Hierdurch wird insbesondere erreicht, daß die Auswirkungen der praktisch
unvermeidbaren Verzahnungsfehler der beiden Ritzel 56 und 5-9 und der beiden mit
diesen im Eingriff stehenden Zahnkränze 6d und 6ö' des zweikränzigen Zahnrades 6o
einander gegenseitig nicht aufgedrückt, sondern in der Kupplung ausgeglichen werden.
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In Fig. 7 und 8 ist schließlich eine ,Ausführungsform der Kupplung
zum Antrieb eines Zahnradvorgeleges dargestellt, bei welcher ein Zahnrad
7,0
durch eine Mehrzahl, im dargestellten Falle zwei, ungleichachsige Kitzel
71 und 72 angetrieben wird. Die Kupplung, welche in Fig. 7 nur noch zu einem kleinen
Teil dargestellt ist, ist z. B. in der Weise ausgebildet, wie es an Hand von Fig.
z und 2 beschrieben worden ist. Mit einem Teil 73 des äußeren Turbinenradmantels
ist ein 'Flansch 74 fest verbunden, welcher am einen Ende der hohlen-Ritzelwelle
75 des Kitzels 71 sitzt. Die Kitzelwelle 75 ist in den- Lagern 76 und 7;71 gelagert.
An einem anderen, in der Zeichnung nicht dargestellten Teil des äußeren Turbinenradmantels
sitzt eine in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellte Nabe, welche fest auf dem
einen Ende einer in der 'hohlen Kitzelwelle 75 frei drehbar gelagerten übertragungswelle
78 verkeilt ist. Auf dem anderen , Ende dieser Gbertragungswelle'78 sitzt außerhalb
des Lagers 77 ein Lagerstück 779, welches in einem Lager So gelagert ist und auf
welchem ein Zahnrad 81 mittels eines Keils 82 verkeilt ist. Mit diesem Zahnrad 81
steht ein zweites Zahnrad 83 im Eingriff, dessen Welle in den Lagern 84 und 85 gelagert
ist. Mit diesem zweiten Zahnrad 83 -kämmt ein drittes Zahnrad &6, welches auf
der in den Lagern 86, 88 und 89 gelagerten Kitzelwelle 9o des Kitzels 72' verkeilt
ist.
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Bei dieser Ausführungsform werden die z. B. unter sich gleich großen
Teildrehmomente des vom unterteilten Turbinenrad aufgenommenen Gesamtdrehmomentes
unabhängig voneinander auf die mit dem anzutreibenden Zahnrad 710 im Eingriff stehenden
Kitzel übertragen, so daß sich eine gleichmäßige Belastung der Zahnflanken bei beiden
Kitzeln ergibt. Gegenüber den bekannten Getrieben mit nicht unterteiltem Drehmorrient
und also nur einem einzigen Kitzel kann hierbei eine sehr große Einsparung an Raum
und Gewicht erzielt v >,rden,
oder es würde möglich, bei gleichen
Abmessungen angenähert die doppelte Leistung zu übertragen. Setzt man z. B. gleichen
Durchmesser, gleiche Leistung und gleiche Drehzahl des anzutreibenden Zahnrades
voraus, so ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Zahndicke des anzutreibenden
Zahnrades und der Ritzel. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Drehzahl der Kupplung
auf etwa das Doppelte, wodurch das Gewicht dieser letzteren auf etwa den dritten
Teil reduziert werden kann. Gegenüber diesen erheblichen Einsparungen an Raum und
Gewicht ist der Mehraufwand an Raum und Gewicht durch die drei Zahnräder 8i@ 83
und 8;6 unwesentlich.
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An Stelle der drei Zahnräder 8i, 83 und 8.6., durch welche das Drehmoment
von der übertragungswehe 78 auf die Ritzelwelle 9o des Ritzels 7h übertragen wird,
könnten auch zwei Kettenräder und eine über diese laufende endlose Kette vorgesehen
werden.