DE1027941B - Foettinger-Kupplung - Google Patents

Foettinger-Kupplung

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DE1027941B
DE1027941B DED17343A DED0017343A DE1027941B DE 1027941 B DE1027941 B DE 1027941B DE D17343 A DED17343 A DE D17343A DE D0017343 A DED0017343 A DE D0017343A DE 1027941 B DE1027941 B DE 1027941B
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DE
Germany
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pump
shaft
coupling
ring
control device
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Pending
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DED17343A
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English (en)
Inventor
Carlton A Chamberlain
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Dresser Operations Inc
Original Assignee
Dresser Operations Inc
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/08Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control
    • F16D33/10Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by devices incorporated in the fluid coupling, with or without remote control consisting of controllable supply and discharge openings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Rotary Pumps (AREA)

Description

  • Föttinger-Kupplung Die Erfindung betrifft eine Föttinger-Kupplung mit kleinen Entleerungsöffnungen und mit einem den Füllungsgrad und daher die Schlupfcharakteristik selbsttätig über einen Kanal innerhalb der Welle ändernden Zufluß.
  • Einseitig gerichtete Antriebe mit hydrodynamischen Kupplungen, die einen treibenden Teil mit einem getriebenen Teil verbinden, sind an sich bekannt; bisher ist aber noch nicht die Aufgabe gelöst worden, die Kupplung bei Bedarf mit einer einfachen Vorrichtung geringen Trägheitsmomentes zu entkuppeln. Es ist z. B. eine hydrodynamische Kupplung bekannt, die mittels einer Anordnung gelöst wird, welche die Ölzufuhr zu der Kupplung nur dann sperrt, wenn die getriebene Welle schneller zu laufen beginnt als die treibende Welle. Es ist auch eine Föttinger-Kupplung bekannt, bei der eine Gegendruckpumpe mit allmählich zunehmender Kraft dem in die Kupplung gerichteten Flüssigkeitsstrom entgegenwirkt, wenn die getriebene Welle unabhängig schneller und schneller zu laufen beginnt.
  • Im allgemeinen enthält der Erfindungsgegenstand eine hydrodynamische Kupplung üblicher Bauart, welche eine treibende und eine getriebene Welle verbindet und mit einer durch eine der Wellen führende Ölzufuhr versehen ist, wobei die Fortleitung des Öls von der Kupplung durch Öffnungen in dem Gehäuse erfolgt. Die Erfindung dient zur Verbesserung einer Steuervorrichtung, die auf einer der Wellen angebracht ist, wobei diese Steuervorrichtung den Ölzufluß zu der Kupplung öffnet oder verschließt, wenn die treibende Welle schneller oder langsamer umläuft als die getriebene Welle.
  • Gemäß der Erfindung ist eine Föttinger-Kupplung mit kleinen Entleerungsöffnungen und mit einem den Füllungsgrad und daher die Schlupfcharakteristik selbsttätig über einen Kanal innerhalb der Welle ändernden Zufluß dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung den Flüssigkeitszufluß regelt, wobei die Steuereinrichtung einen Schieber enthält, der hydrostatisch durch eine Pumpe gesteuert wird, die in der einen oder anderen Richtung durch relative Drehung der Wellen gedreht wird.
  • Diese Föttinger-Kupplung hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber den bekannten Ausführungen. Die Kupplung mit der zugehörigen Steuereinrichtung zur selbsttätigen Änderung der Schlupfcharakteristik bildet eine in sich geschlossene und betriebssichere Baueinheit. Sie kann dauernd mit Überdrehzahlen betrieben werden, ohne daß Abnutzungen auftreten, die bei bekannten Kupplungen mit Reibungseingriff: unvermeidlich sind. Bei derartigen hydrodynamischen Kupplungen sind bisher keine Möglichkeiten bekannt, im Bedarfsfall oder willkürlich die Kupplung mit einer Einrichtung geringer Trägheit zu lösen. Erfindungsgemäß wird dies durch eine besonders einfache Einrichtung bewerkstelligt, die den Flüssigkeitszufluß zur Kupplung regelt. Der mit der Pumpe in Verbindung stehende Schieber hat kein schädliches Spiel, wie die bekannten Einrichtungen, deren Teile leicht verschleißen. Die Steuervorrichtung enthält vorzugsweise einen Schieber und eine Pumpe, welche das Öl in der einen Richtung in Umlauf versetzt, um den Schieber für den Zufluß des Öls zur Kupplung zu öffnen. Bei entgegengesetzter Richtung der Pumpe wird der Schieber geschlossen, so daß der Ölzufluß zur Kupplung gesperrt wird. Das Pumpengehäuse läuft mit einer der beiden Wellen um, die mit der hydrodynamischen Kupplung verbunden sind, während der Pumpenrotor sich mit der anderen Welle zusammen dreht. Wenn daher das Pumpengehäuse schneller läuft als sein Rotor, dann wird der Schieber in die eine seiner Endlagen bewegt. Wenn jedoch der Rotor schneller umläuft als das Gehäuse, wird der Schieber zwangläufig in die entgegengesetzte Endlage gebracht.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Schnitt durch die Achse einer Kupplung gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht des rechten Endes der Fig. 1, Fig.3 eine Draufsicht eines zylindrischen Körpers 26, der aus der Anordnung der Fig. 2 herausgenommen ist; Fig. 4 ist ein Schnitt des Körpers 26 nach der Linie 4-4 der Fig. 2; Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, die die Verwendung der Kupplung der Erfindung in Verbindung mit einem Turbokompressor einer Zweitakt-Gasmaschine zeigt, und Fig.6 ist ein vergrößerter Schnitt des Pumpenrotors 78 nach der Linie 6-6 der Fig. 1.
  • Eine hydrodynamische Kupplung 10 enthält eine Kammer 12, die von drehbaren Kupplungselementen 14 begrenzt ist. Im Innern der Kammer 12 ist das andere drehbare Kupplungsglied 16 angeordnet, wobei beide Kupplungsteile 14 und 16 Gruppen von Flügeln 18 haben, die sich in die Kammer 12 erstrecken, durch die das Drehmoment zwischen den Teilen 14 und 16 übertragen werden kann, wenn die Kammer 12 mit einer geeigneten Kupplungsflüssigkeit gefüllt ist. Der Teil 14 der hydrodynamischen Kupplung ist mit der Welle 20 durch Bolzen oder auf andere Weise verbunden, während der Kupplungsteil 16 an der Welle 22 befestigt ist.
  • Mit der soweit beschriebenen Anordnung kann ein Drehmoment von der Welle 20 auf die Welle 22 oder in umgekehrter Richtung übertragen werden, wenn die Kupplungskammer 12 mit Flüssigkeit gefüllt ist.
  • Die Flüssigkeit wird der Kupplung 10 durch einen zentralen Kanal 21 der hohlen Welle 20 zugeführt und aus der Kupplung 10 durch eine Anzahl von radialen, an der Peripherie verteilten Öffnungen 24 in dem Kupplungsteil 14 abgeleitet; überschüssige Flüssigkeit kann durch eine zentrale Entlastungsöffnung 25 entweichen. Die Zahl der radialen Öffnungen 24 und ihre Größe ist einander angepaßt, um einen Abfluß der Kupplungsflüssigkeit zu erzielen, der ungefähr gleich der Hälfte des Zuflusses der Kupplungsflüssigkeit durch den Kanal 21 der hohlen Welle 20 ist, während der Überschuß der Flüssigkeit aus der Entlastungsöffnung 25 austritt.
  • Die Kupplungsflüssigkeit wird dem Kanal 21 der Welle 20 über eine Anzahl von radialen Öffnungen 36 in der hohlen Welle 20 zugeführt, die auf die periphere Nut 34 an der Innenfläche eines Lagers 30 ausgerichtet sind. Die Kupplungsflüssigkeit wird über eine Leitung 32, die das Lager 30 durchsetzt, zugeführt, und diese steht mit der Nut 34 in Verbindung.
  • Zwischen den Einlaßöffnungen 36 für die Flüssigkeit und dem Kanal 21 der hohlen Welle 20 befindet sich eine Steuereinrichtung 23, die in. das offene Ende der hohlen Welle 20 eingesetzt und durch eine oder mehrere iVIadenschrauben 31 gesichert ist.
  • Die Steuervorrichtung 23 weist einen äußeren hohlen zylindrischen Körper 26 mit einem Flansch 28 auf, der sich gegen das- Ende der hohlen Welle 20 anlegt, sowie einen inneren hohlen Zylinderkörper 38 mit einem Flansch 40, der sich gegen den Flansch 28 legt. Der Flansch 40 hat einen abgesetzten Teil 41, der auf die innere Oberfläche des zylindrischen Körpers 26 genau paßt und einen ringförmigen Raum 42 zwischen der inneren Oberfläche des zylindrischen Körpers 26 und der äußeren Oberfläche des zylindrischen Körpers 38 bildet. Ein gebohrter Durchgang 44 erstreckt sich von der äußeren Oberfläche des Flansches 28 durch -den zylindrischen Körper 26 parallel zu dessen Achse bis zu der radialen Bohrung 46. Eine radiale Bohrung 48 kreuzt den Durchgang 44 an einer Stelle zwischen seinen beiden Endpunkten. Ein kürzerer gebohrter =Durchgang 50, der von dem Durchgang 44 um 180°. versetzt ist, erstreckt sich von der äußeren Fläche des Flansches 28 durch den zylindrischen Körper 26 parallel zu dessen Achse, bis zu einem Schlitz 52 in der äußeren Fläche des Körpers 26. Das Ende des Schlitzes 52 steht mit dem Durchgang 50 in Verbindung sowie mit einer radialen Bohrung 54, während das gegenüberliegende Ende in eine größere radiale Bohrung 56 mündet. Zwei andere ähnliche Schlitze 52 und radiale Bohrungen 56 sind um 120° gegenüber dem erstgenannten Schlitz 52 und der radialen Bohrung 56 sowie gegeneinander versetzt. In gleicher Flucht mit der Bohrung 44 liegt ein Schlitz 58 in der äußeren Fläche des Körpers 26, der an dem dem Flansch 28 gegenüberliegenden Ende beginnt und in einer radialen Bohrung 60 endet. Zwei weitere ähnliche Schlitze 58 und Bohrungen 60 sind um 120° gegenüber dem erstgenannten Schlitz 58 und der Bohrung 60 sowie gegeneinander um den gleichen Winkel versetzt.
  • Ein Zylinderring oder Schieber 62 ist in dem ringförmigen Raum 42 frei verschiebbar angeordnet. Eine Schraubenfeder 64 befindet sich zwischen dem Absatz 41 des Körpers 38, und eine durchbohrte Scheibe 66 liegt gegen einen Ansatz 67 an der Innenseite des Körpers 26. Eine weitere Schraubenfeder 68 wird an dem gegenüberliegenden Ende des ringförmigen Raumes 42 zwischen einer durchbohrten Scheibe 70, die sich gegen einen Ansatz 71 des Körpers 26 legt, und einem Abstandsring 72 gehalten, der mit dem Körper 26 verbunden ist. Auf diese Weise werden die freien Enden der Körper 26 und 38 in konzentrischem Abstand voneinander gehalten.
  • In dem äußeren Ende der Steuervorrichtung 23 ist eine innere Zahnradpumpe angeordnet. Das Pumpengehäuse wird von dem Flanschende 40 des zylindrischen Körpers 38, einem Abstandsring 74 und einer Endplatte 76 gebildet, die alle durch Bolzen dicht miteinander und mit dem Flansch 28 des Körpers 26 verbunden sind. Der Pumpenrotor 78 ist so angeordnet, daß er frei in diesem Gehäuse umläuft, wenn eine relative Drehung zwischen seiner Welle 80 und den übrigen Teilen der Steuervorrichtung 23 stattfindet. Die Welle 80 der Zahnradpumpe ist über eine Gummikupplung 82 mit der Welle 22 verbunden. Eine Drehung der Welle 22 verursacht auf diese Weise eine Drehung der Welle 80 und des Pumpenrotors 78, während die übrigen Teile der Steuervorrichtung 23 einschließlich des Pumpengehäuses mit der hohlen Welle 20 umlaufen.
  • Die Teile im Innern des Rotors 78 der Zahnradpumpe sind in Fig.6 dargestellt. Die Zähne eines Zahnrades 90 stehen mit den Schlitzen des Rotors 78 im Eingriff und berühren den festen Führungskörper 92. Das Zahnrad 90 ist mit einer Buchse 94 versehen und läuft auf der ortsfesten Welle 96 um, die ebenso wie der Führungskörper 92 an der Endplatte 76 befestigt ist.
  • Wenn der treibenden Welle 20 über das Zahnrad 84 Kraft zugeführt wird, dreht sich der Kupplungsteil 14 und die ganze Steuereinrichtung 23 mit Ausnahme des Pumpenrotors 78 und der Welle 80 mit: Während des Anlaufs haben die getriebene Welle 22 und die damit zusammenhängenden Teile, nämlich der Kupplungsteil 16, die Gummikupplung 82, die Welle 80 und der Pumpenrotor 78, Schlupf gegenüber der treibenden Welle 20 und drehen sich daher mit niedrigerer Geschwindigkeit. Das durch die Leitung 32 in die Nut 34 gepumpte Öl gelangt durch die Bohrungen 36 in der Welle 20 in Schlitze 52 des zylindrischen Körpers 26. Wenn die treibende Welle 20 schneller läuft als die getriebene Welle 22, wird durch die relative Drehung zwischen Pumpengehäuse und Rotor 78 das Öl von dem Durchgang 44 und einer in gleicher Richtung liegenden Öffnung 44a im Flansch 40 und durch den Gehäuseraum 86 in den Gehäuseraum 88 sowie den Durchgang 50a im Flansch 40 und den Durchgang 50 im Körper 26 zwangläufig gefördert. Die Pumpwirkung im Innern der Steuervorrichtung 23 hat die Folge, daß der zylindrische Ring 62 sich in Fig. 1 nach rechts bewegt. Wenn der Ring 62 sich in dieser Stellung befindet, fließt das Öl nun von den Schlitzen 52 durch die Öffnungen 56, den ringförmigen Raum 42, die Öffnungen 60, Schlitze 58 und den Kanal 21 in den Kupplungsteil 14. Das Öl tritt aus dem Kupplungsteil 14 durch die Öffnungen 24 aus, aber zu einem kleineren Teil, als es zugeführt wird. Der Kupplungsteil 14 ist daher bald so weit mit Öl gefüllt, daß das überschüssige Öl an der Öffnung 25 austritt. Um zu vermeiden, daß ein übermäßiger Druckunterschied an der Zahnradpumpe auftritt, kann der Ring 62 sich weiterbewegen, nachdem er die Öffnungen 56 und 60 freigegeben hat, indem er die Feder 64 zusammendrückt, so daß die Entlastungsöffnung 46 freigegeben wird und das Öl in die Leitung 44 eintreten kann, um den Saugdruck zu vermindern.
  • Wenn der Schlupf der getriebenen Welle 22 auf Null abnimmt, d. h. wenn die Wellen 20 und 22 mit der gleichen Geschwindigkeit umlaufen, hört der Ölzufluß an den Leitungen 44 und 50 auf, so daß sich der Druck auf die Enden des Ringes 62 ausgleicht. Die Feder 64 bewirkt dann, daß der Ring 62 die Entlastungsöffnung 46 bedeckt. Wenn die getriebene Welle 22 schneller umläuft als die treibende Welle 20, dann ist die relative Bewegung zwischen Pumpengehäuse und Rotorgehäuse 78 umgekehrt, wie während des Anlaufs, mit dem Ergebnis, daß nun das Öl von der Leitung 50 in die Leitung 44 gepumpt wird. Der Ring 62 wird dann zwangläufig nach links bewegt, bis er die Öffnungen 56 und 60 bedeckt, so daß der Ölzufluß zu der hydrodynamischen Kupplung abgesperrt wird. Unter diesen Verhältnissen fließt das Öl rasch aus dem Kupplungsteil 14 ab. Ein Druck auf die rechte Seite des Ringes 62 bewirkt, daß der Ring gegen die Feder 68 weiterwandert und eine Entlastungsöffnung 54 öffnet, so daß der Druck hinter dem Ring 62 herabgesetzt wird.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß Fig. 1 die Stellung des Ringes 62 zeigt, wenn die treibende Welle 20 schneller umläuft als die getriebene Welle 22, während die Lage des Ringes 62 bei einer schnelleren Drehung der getriebenen Welle 22 im Vergleich zur treibenden Welle in Fig. 2 dargestellt ist.
  • Durch eine geeignete Anordnung der Federn 64 und 68 kann die Steuervorrichtung 23 in dem Augenblick betätigt werden, wenn die Wellen 20 und 22 von der synchronen Drehzahl abweichen. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform wird die Ausdehnungsbewegung der Feder 64 durch eine gelochte Scheibe 66 behindert, wenn diese sich gegen die Schulter 67 an der Innenseite des zylindrischen Körpers 26 legt, und in ähnlicher Weise wird die Ausdehnung der Feder 68 durch eine gelochte Scheibe 70 und den Ansatz 71 begrenzt. Die Bewegung der Federn 64 und 68 ist daher auf denjenigen Teil des Weges des Ringes 62 begrenzt, der oben als Weiterbewegung bezeichnet wurde. Wie bereits erwähnt, bewirkt diese Weiter- oder Übersteuerungsbewegung des Ringes 62 ein Öffnen der Entlastungsöffnung 46 (Fig. 1), wenn die Welle 20 schneller läuft als die Welle 22, sowie das Öffnen einer Entlastungsöffnung 54 (Fig. 2), wenn die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 22 die der Welle 20 übertrifft. Bei dieser Anordnung ist das Öffnen oder Schließen der Bohrungen 60 durch die Bewegung des Ringes 62 unabhängig von den Federn 64 und 68, so daß keine Pumpenleistung erforderlich ist, um den Ring 62 zu bewegen. Bei der leichtesten Richtungsumkehr der Drehmomentübertragung bewegt sich daher der Ring 62, und der Betrag der Relativbewegung der beiden Wellen beeinflußt nur den Zeitraum, der erforderlich ist, um das Öffnen oder Schließen der Bohrungen 60 zu bewirken.
  • Wenn andererseits die Federn 64 und 68 sich unmittelbar gegen die Seiten des Ringes 62 legen und Kräfte auf den Ring 62 über den ganzen Weg ausüben, dann kann die Steuervorrichtung 23 bei irgendeiner gewünschten relativen Drehung der beiden Wellen zueinander ausgelöst werden, indem die Federn entsprechend bemessen werden. Wenn die Feder 68 stärker ist, dann bleiben die Bohrungen 60 offen, wenn die Welle 22 schneller läuft als die Welle 20, bis die eingebaute Zahnradpumpe genügend Gegendruck erzeugt, um die Feder 68 zusammenzudrücken. Wenn die Feder 64 stärker ist, dann ist der Vorgang umgekehrt, und der Ring 62 wird die Bohrungen 60 verschließen, bevor die Umlaufgeschwindigkeit der Welle 22 gleich der der Welle 20 ist. Auch hier bestimmt die absolute Steifheit der beiden Federn die Ansprechempfindlichkeit des Ringes 62 bei der gewünschten Relativgeschwindigkeit.
  • Ein anderer bestimmender Faktor für die Betriebsempfindlichkeit liegt in dem Ring 62 selbst. Die Fläche der Seiten des Ringes 62, die dem Flüssigkeitsdruck ausgesetzt sind, bestimmen die zur Bewegung des Ringes 62 verfügbare Kraft. Es sei darauf hingewiesen, daß der Ring 62 auf der einen Seite dem Überdruck und gleichzeitig auf der anderen Seite dem Unterdruck ausgesetzt ist. Die gesamte Druckdifferenz, die von der Zahnradpumpe herrührt, wird daher an dem Ring 62 zur Wirkung gebracht. Die Druck-Saug-Charakteristik der betreffenden Pumpe ist daher ein weiterer bestimmender Faktor für die Betriebsempfindlichkeit.
  • Die Möglichkeit, die Betriebscharakteristik der Steuervorrichtung 23 einzustellen, ist von allgemeinem Interesse. Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Übertragungseinrichtung kann z. B. zur Steuerung der Geschwindigkeit benutzt werden. In einem solchen Falle treibt die Welle 20 die Welle 22 an, und die Feder 64 ist stärker als die Feder 68. Solange eine genügende Belastung an der Welle 22 vorhanden ist, um einen ausgesprochenen Schlupf zwischen den Teilen 14 und 16 der hydraulischen Kupplung 10 zu erzeugen, laufen die beiden Wellen mit genügend verschiedenen Geschwindigkeiten um, so daß die Zahnradpumpe den Ring 62 gegen die Feder 64 zurückdrückt und die Bohrungen 60 für den Zufluß des Öles zur Kupplung 10 öffnet. Wenn die Belastung der Welle 22 abnimmt, dann- vermindert sich auch der Schlupf in der Kupplung 10, und die Welle 22 nähert sich der Umlaufgeschwindigkeit der Welle 20. Bei einem vorgeschriebenen Wert sind die Druckkräfte der Pumpe geringer als die Stärke der Feder 64, so daß der Ring 62 sich nach links bewegt und die Bohrung 60 schließt, wodurch die Ölzufuhr zur Kupplung 10 abgesperrt wird. Die Kupplung 10 wird dann sich zumindest teilweiseentleeren. Die Welle 22 muß sich dann verlangsamen, bis die umgekehrten Verhältnisse eintreten. Der Unterschied der gesteuerten Geschwindigkeit zu der Eingangsgeschwindigkeit der Welle 20 kann ein bestimmtes Verhältnis, z. B. 850/o, je nach der Stärke der Feder 64 und den Druckeigenschaften der Zahnradpumpe haben.
  • Die Übertragung gemäß der Erfindung kann auch als ein Lastbegrenzer benutzt werden, um eine Entkupplung zu bewirken, wenn die Belastung einen bestimmten Betrag überschreitet. Bei dieser Anwendung treibt die Welle 22 die Welle 20, und die Feder 68 wird stärker als die Feder 64 gemacht. Solange die Belastung der Welle 20 nicht genügend groß ist, um einen nennenswerten Schlupf in der Kupplung 10, z. B. von weniger als 100/o, zu bewirken, ist die Feder 68 genügend stark, um die Bohrungen 60 gegen den Druck der Zahnradpumpe auf den Ring 62 offenzuhalten. Eine Zunahme der Belastung, die eine nennenswerte Erhöhung des Schlupfes in der Kupplung 10 und demzufolge eine Abnahme der Geschwindigkeit der Welle 20 verursacht, bewirkt, daß die Pumpe einen Druck ausübt, der größer ist als der Grenzwiderstand der Feder 68. Der Ring 62 bewegt sich nach links und sperrt die Öffnungen 60 für den Öldurchtritt, so daß sich die Kupplung 10 entleert und die Wellen 20 und 22 entkuppelt werden. Der genaue Lösungspunkt hängt von der Stärke der Feder 68 und den Druckeigenschaften der Pumpe ab.
  • Diese Anwendung des Übertragungselementes als Übersteuerungsflüssigkeitskupplung ist in Fig.5 im Zusammenhang mit einem Turbokompressor einer Brennkraftmaschine dargestellt. Das Zahnrad 84 ist auf der Welle 20 und ein Zahnrad 102 auf der Welle 22 gelagert. Das Zahnrad 84 ist über ein Zahnrad 104 mit einer Kurbelwelle 106 einer Zweitakt-Gasmaschine verbunden. Ein Teil der Maschine, nämlich ein Zylinder 110 und ein Kolben mit Stange 108, ist in Verbindung mit dem Turbokompressor dargestellt. Die Welle 22 mit ihrem Zahnrad 102 ist über ein Zahnrad 112 mit der gemeinsamen Welle 114 einer Turbine 116 und eines Kompressors 118 verbunden.
  • Beim Anlauf der Maschine wird die Kraft von der Kurbelwelle 106 über die Zahnräder 104 und 84 auf die Welle 20 übertragen. Die Drehung der Welle 20 betätigt die Zahnradpumpe der Steuervorrichtung 23, wodurch der Ring 62 in Fig. 1 nach rechts bewegt wird. Die Öffnungen 60 sind dann für den Ölzufluß zur hydrodynamischen Kupplung 10 geöffnet. Die Kupplung 10 überträgt das Drehmoment von der Welle 20 auf die Welle 22, so daß die letztere umläuft und ihrerseits die Zahnräder 102 und 112 und die Welle 114 antreibt. Der Kompressor 118 auf der Welle 114 saugt Luft durch die Einlaßöffnung 120 an, komprimiert sie und drückt sie durch die Leitung 122 zur Verbrennung in den Kraftzylinder 110 der Maschine. Die heißen Verbrennungsgase strömen aus dem Zylinder 110, fließen durch die Leitung 124, expandieren in der Turbine 116 und strömen am Auslaß 126 aus. Wenn die Belastung der Brennkraftmaschine erhöht wird und die Auslaßtemperaturen ansteigen, nimmt die an der Turbine 116 verfügbare Kraft so weit zu, daß sie eine Umdrehung des Kompressors 118 erzeugt, die schneller ist als die von dem Zahnrad 112 bewirkte Umdrehung. Hierdurch findet eine Umkehr des Drehmomentes in dem gesamten Turbokompressorantrieb statt, und infolge des Schlupfes der hydraulischen Kupplung 10 wird die relative Drehgeschwindigkeit der Wellen 20 und 22 umgekehrt. Diese Umkehr bewirkt, wie oben auseinandergesetzt wurde, daß die Zahnradpumpe den Ring 62 in Fig. 2 nach links bewegt und dadurch die Ölzufuhr zur hydrodynamischen Kupplung 10 absperrt. Die Kupplung 10 entleert sich, wobei die Welle 22 mit der durch die Turbine 116 vorgeschriebenen Geschwindigkeit frei läuft.
  • Bei einer Ausführung, bei der eine Brennkraftmaschine mit normalerweise konstanter Geschwindigkeit verwendet wurde, treibt die Welle 20 die Wellen 22 und 114, bis die Welle 114 eine Drehzahl von 6700 Umdrehungen pro Minute erreicht. Wenn der mittlere Bremsdruck der Maschine ungefähr 4,2kg/cm2 erreicht, dann genügt die Wärmeenergie der Auspuffgase, welche in der Turbine 116 expandieren, um das Drehmoment umzukehren. Die Ölzufuhr zur Kupplung 10 wird abgesperrt, und die Welle 22 läuft frei um.
  • Beim Betrieb mit niedriger Belastung, d. h. beim Leerlauf, wenn die Auspuffgase verhältnismäßig wenig Wärmeenergie haben, nimmt das von der Turbine 116 an die Welle 114 abgegebene Drehmoment bis zu einem Punkt ab, an dem die Kupplung wieder wirksam wird und die Kurbelwelle 106 die erforderliche Leistung an den Kompressor 118 überträgt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Föttinger-Kupplung mit kleinen Entleerungsöffnungen und mit einem den Füllungsgrad und daher die Schlupfcharakteristik selbsttätig über einen Kanal innerhalb der Welle ändernden Zufluß, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung (62, 56, 60) den Flüssigkeitszufluß regelt, wobei die Steuervorrichtung einen Schieber (62) enthält, der hydrostatisch durch eine Pumpe (fi8, 90, 92) gesteuert wird, die in der einen oder anderen Richtung durch relative Drehung der Wellen gedreht wird.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (62, 56, 60) in dem Zuflußkanal einer der Wellen angeordnet ist.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (78, 90, 92) eine Zahnradpumpe ist.
  4. 4. Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe aus einem eine Innenverzahnung aufweisenden Gehäuse (40, 74, 76) besteht, das direkt mit einer hohlen Welle (20) gekuppelt ist, welche die andere direkt mit dem Rotor (78) gekuppelte Welle (22, 82, 80) umgibt.
  5. 5. Kupplung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, däß der Steuerschieber aus einem verschiebbaren Ring (62) besteht, von dem ein Ende dem Pumpendruck und das andere Ende dem Pumpenunterdruck während der Drehung der Pumpe in der einen Richtung ausgesetzt ist, wobei eine Drehung der Pumpe in der anderen Richtung die Wirkung von Druck und Unterdruck umkehrt.
  6. 6. Kupplung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Feder (68 bzw. 64), deren Stärke der Bewegung des verschiebbaren Ringes (62) Widerstand leistet und dadurch die Charakteristik der Kupplung beeinflußt. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1938 357, 2 521 117.
DED17343A 1953-03-20 1954-03-19 Foettinger-Kupplung Pending DE1027941B (de)

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