DE1072856B - Device for torque limitation with Fottmger converters - Google Patents

Description

Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung bei Föttinger-Wandlern Die hervorragendste Eigenschaft aller hydrodynamischen Drehmomentwandler, im folgenden Föttinger-Wandler genannt, ist die automatische Anpassung des abgegebenen Drehmoments an die Erfordernisse der angetriebenen Arbeitsmaschine. Der Wandler entwickelt das höchste Drehmoment bei Stillstand der Arbeitsmaschine. Normalerweise wird man den Föttinger-Wandler oder dessen nachgeschaltete Übersetzungen so auslegen, daß das Anfahrmoment mit Sicherheit unter der zulässigen Beanspruchung der Arbeitsmaschine liegt. Oft liegt aber der Fall vor, daß ein und derselbe Wandler für mehrere Antriebszwecke eingesetzt wird. Das Umschalten auf die jeweils benötigte Arbeitsmaschine geschieht durch Kupplungen aller Art. So. wird beispielsweise im Erdölbohrbetrieb der Wandler gleichermaßen zum Antrieb von Kolbenpumpen, zum Betätigen des Hebelwerks und zum Bohren selbst verwendet. Jede Antriebsart besitzt verschiedene Belastungsgrenzen. Beim Pumpenantrieb werden verschiedene Kolbendurchmesser und verschiedene Arbeitsdrücke verwendet. Beim Hebewerksbetrieb kann die Anzahl der Seile am Flaschenzug verändert werden, desgleichen die Seilstärken. Die zulässige Kronenbelastung des Bohrturmes ist dagegen stets unveränderlich. Das zulässige Drehmoment am Bohrtisch ist von der Stärke des verwendeten Gestänges abhängig. Da der Wandler für das stärkste überhaupt vorkommende Drehmoment bemessen sein muß, ist eine große Anzahl Fälle denkbar, wo eine unkontrollierte Drehmomentsteigerung die übertragungselemente oder die Werkzeuge gefährden kann.Device for torque limitation in Föttinger converters The most outstanding Property of all hydrodynamic torque converters, hereinafter referred to as Föttinger converters called, is the automatic adaptation of the output torque to the requirements the driven machine. The converter develops the highest torque when the machine is at a standstill. Usually one becomes the Föttinger converter or its downstream translations so that the starting torque with Safety is below the permissible stress on the work machine. Often lies but it is the case that one and the same converter is used for several drive purposes will. Switching to the required machine is done by means of clutches of all kinds. For example, the converter is used equally in oil drilling operations for driving piston pumps, for actuating the lever mechanism and for drilling itself used. Each type of drive has different load limits. With the pump drive different piston diameters and different working pressures are used. The number of ropes on the block and tackle can be changed when using a hoist, likewise the rope strengths. The permissible crown loading of the derrick is against it always unchangeable. The permissible torque on the drilling table depends on the strength of the used rods. As the converter for the strongest ever occurring Torque must be measured, a large number of cases is conceivable where an uncontrolled Increase in torque can endanger the transmission elements or the tools.

Es ist bereits eine Anordnung bekannt, bei welcher das vom Wandler abgegebene Drehmoment durch Messung von Reaktionskräften an einem drehbar gelagerten Getriebegehäuse bestimmt wird. Ein Überschreiten eines bestimmten Reaktionsdrucks hat zur Folge, daß die Leistung des Antriebsmotors durch Drosselung der- Brennstoffzufuhr herabgesetzt wird. Eine solche Anordnung ist jedoch äußerst umständlich herzustellen und dementsprechend empfindlich und kostspielig.An arrangement is already known in which the converter output torque by measuring reaction forces on a rotatably mounted Gear housing is determined. Exceeding a certain reaction pressure has the consequence that the power of the drive motor by throttling the fuel supply is reduced. However, such an arrangement is extremely cumbersome to manufacture and accordingly sensitive and expensive.

Weiterhin sind Anordnungen bekannt, bei denen ein von der Sekundärdrehzahl des Wandlers oder von der Fahrgeschwindigkeit abhängiges Steuerglied derart auf die Antriebsdrehzahl oder auf ein diese Drehzahl beeinflussendes Glied einwirkt, daß eine Drehmomentbegrenzung des Strömungswandlers eintritt. Nachteilig wirkt sich bei diesen Anordnungen aus, daß besondere Steuerglieder, wie z. B. Fliehkraftregler, Drehzahlmeßpumpen oder ähnliche Einrichtungen, erforderlich sind, um eine Drehmomentbegrenzung herbeizuführen. Derartige zusätzliche Steuerglieder werden bei der Einrichtung nach der Erfindung vermieden. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung bei Föttinger-Wandlern mit einem scheibenförmigen Spalt zwischen Pumpen- und Turbinenscheibe, bei welchen der Spaltüberdruck ohne wesentliche Drosselung bis in Achsnähe gelangt, und besteht im wesentlichen darin, daß auf den zwischen Pumpen- und Turbinenrad an achsnaher Stelle entnommenen Druck des hydraulischen Mittels ansprechende Elemente, z. B. Kolben, Membran, vorgesehen sind, die dazu dienen, diesen Druck direkt oder über Verstärker zur Betätigung eines die An- oder Abtriebsleistung bzw. die übertragene Leistung steuernden Gliedes weiterzuleiten.Furthermore, arrangements are known in which one of the secondary speed of the converter or the control element dependent on the driving speed the drive speed or a member influencing this speed acts, that a torque limitation of the flow converter occurs. Has a disadvantageous effect in these arrangements, that special control members such. B. centrifugal governor, Speed measuring pumps or similar devices are required to limit the torque bring about. Such additional control elements are after the establishment avoided the invention. The invention relates to a device for limiting torque For Föttinger converters with a disk-shaped gap between the pump and turbine disk, at which the gap overpressure reaches the axis without significant throttling, and consists essentially in the fact that between the pump and turbine wheel elements responding to the pressure of the hydraulic medium at a point close to the axis, z. B. piston, diaphragm, are provided, which are used to directly or this pressure Via amplifier to actuate the input or output power or the transmitted To forward performance controlling member.

Die Stelle, an der die Betriebsflüssigkeit für die Betätigung des Stellgliedes entnommen wird, ist so ausgewählt worden, daß der Druck an dieser Stelle in Abhängigkeit von An- und Abtriebsdrehzahl dem. Turbinenmoment im jeweiligen Betriebspunkt ähnlich ist. Derartige Verhältnisse können in mehreren Punkten, je nach dem Aufbau des Föttinger-Wandlers, anzutreffen sein.The point at which the operating fluid is used to operate the Actuator is removed, has been selected so that the pressure at this point depending on the input and output speed. Turbine torque at the respective operating point is similar. Such relationships can occur in several points, depending on the structure of the Föttinger converter.

Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, eine sehr einfache und gegen äußere Einflüsse unempfindliche Drehmomentbegrenzungseinrichtung zu schaffen, wobei durch den Innendruck eines Föttinger-Wandlers über eine Verstellvorrichtung entweder die Leistungsabgabe der Kraftmaschine, die Übertragungsfähigket der Kraftübertragung oder die Leistungsaufnahme der Arbeitsmaschine verringert wird. Die Zeichnung zeigt als Beispiel in Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt etwa den Drehmomentverlauf des hydraulischen Wandlers bei Teillast in Abhängigkeit von der Antriebsdrehzahl bei konstanten Eingangsdrehzahlen, während Fig. 3 den entsprechenden Druckverlauf des hydraulischen Mediums an der Entnahmestelle andeutet. Fig. 4 zeigt eine Superpositiön der Fig. 2 und 3.In this way it is possible according to the invention to create a very simple one and to create a torque limiting device that is insensitive to external influences, whereby by the internal pressure of a Föttinger transducer via an adjustment device either the power output of the prime mover, the transmission capability of the power transmission or the power consumption of the work machine is reduced. The drawing shows as an example in Fig. 1 schematically the structure of a device for torque limitation according to the invention; Fig. 2 shows approximately the torque curve of the hydraulic converter at part load depending on the drive speed at constant Input speeds, while Fig. 3 shows the corresponding pressure curve of the hydraulic Medium at the tapping point. Fig. 4 shows a superposition of Fig. 2 and 3.

In Fig. 1 bezeichnet 10 ein Föttinger Getriebe mit einem Pumpenrad 11, einem Turbinenrad 12 und einem Leitrad 13. Dem scheibenförmigen Spalt 14 zwischen dem Pumpenrad 11 und dem Turbinenrad 12 wird durch die Bohrung 15 das hydraulische Mittel des Föttinger-Getriebes entnommen und über die Leitung 16 beispielsweise einem Zylinder 17 mit dem Kolben 18 zugeführt, dessen Kolbenstange 19 auf den Füllungsregler der Einspritzpumpe 20 eines Verbrennungsmotörs einwirkt. Die den Kolben 18 in die gezeigte Endlage zurückführende Feder 21 stützt sich gegen die Stellschraube 22 ab. Durch Drehung dieser Stellschraube 22 kann die Vorspannung der Feder 21 verändert werden.In Fig. 1, 10 denotes a Föttinger transmission with a pump wheel 11, a turbine wheel 12 and a stator 13. The disk-shaped gap 14 between the pump wheel 11 and the turbine wheel 12 is through the bore 15 the hydraulic Means taken from the Föttinger transmission and via line 16, for example a cylinder 17 with the piston 18 is fed, the piston rod 19 on the filling regulator the injection pump 20 of an internal combustion engine acts. The piston 18 in the The illustrated end position returning spring 21 is supported against the adjusting screw 22 away. By turning this adjusting screw 22, the preload of the spring 21 can be changed will.

Die Einspritzpumpe 20 treibt über eine Welle 23 einen Fliehkraftregler 24 an, welcher eine Muffe 25 und damit über den Hebel 26 und die Stange 27 die Einspritzmenge in der üblichen Weise verstellt. Durch diesen Fliehkraftregler 24 wird der Verbrennungsmotor auf einer konstanten Drehzahl gehalten. Steigt nun aber der Druck in der Leitung 16, so wird der Kolben 18 entgegen der Vorspannkraft der Feder 21 nach rechts verschoben, so daß die Kolbenstange 19 die Muffe 25 ebenfalls nach rechts verschiebt, den Fliehkraftregler 24 dabei übersteuert und die Drehzahl des Verbrennungsmotors drosselt. Damit nimmt die Drehzahl des von ihm angetriebenen Pumpenrades 11 ab, wodurch ebenfalls das von dem Föttinger-Getriebe 10 abgegebene Drehmoment sinkt. Dieses Ausgangsdrehmoment kann somit einen bestimmten, mit der Stellmutter 22 einstellbaren Wert nicht überschreiten. Es kann z. B. durch einen mit der Stellmutter 22 verbundenen Zeiger 28 angezeigt werden.The injection pump 20 drives a centrifugal governor via a shaft 23 24 to which a sleeve 25 and thus via the lever 26 and the rod 27 the injection quantity adjusted in the usual way. This centrifugal governor 24 is the internal combustion engine kept at a constant speed. But if the pressure in the line rises 16, the piston 18 is displaced to the right against the biasing force of the spring 21, so that the piston rod 19 also moves the sleeve 25 to the right, the governor 24 is overridden and the engine speed is reduced. So takes the speed of the pump wheel 11 driven by it, which also makes the The torque output by the Föttinger transmission 10 decreases. This output torque can therefore not exceed a certain value that can be set with the adjusting nut 22. It can e.g. B. indicated by a pointer 28 connected to the adjusting nut 22 will.

Fig. 2 zeigt etwa den Drehmomentverlauf eines Föttinger-Wandlers bei Teillast in Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl n2. Die Eingangsdrehzahlen n1 sind dabei jeweils konstant als Parameter aufgetragen.Fig. 2 shows approximately the torque curve of a Föttinger converter at Partial load as a function of the output speed n2. The input speeds n1 are each plotted as a constant parameter.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Druckes p des dem Föttinger-Wandler 10 entnommenen hydraulischen Mittels, ebenfalls in Abhängigkeit von der Ausgangsdrehzahl n2 und dem Parameter n1. Wie ein Vergleich der Fig. 2 und 3 zeigt, ist der Druck p zumindest im Anfahrbereich dem im Föttinger-Wandler abgegebenen Drehmoment annähernd proportional. Das unter dem Druck p stehende hydraulische Mittel ist infolgedessen geeignet, zumindest im Anfahrbereich das vom Föttinger-Wandler 10 abgegebene Drehmoment auf einem konstanten oder nahezu konstanten Wert zu halten.Fig. 3 shows the dependence of the pressure p of the Föttinger transducer 10 taken hydraulic means, also depending on the output speed n2 and the parameter n1. As a comparison of FIGS. 2 and 3 shows, the pressure is p approximates the torque output in the Föttinger converter, at least in the start-up range proportional. The hydraulic medium under pressure p is consequently suitable, at least in the starting area, the torque output by the Föttinger converter 10 at a constant or nearly constant value.

Trägt man für die jeweiligen durch n1 und n2 bestimmten Teillastpunkte die aus Fig. 3 ermittelten Innendrücke konstanter Größen in das Drehmomentschaubild nach Fig. 2 ein, so erhält man eine Kurvenschar annähernd konstanter Drehmomentbegrenzungslinien Mdmax gemäß Fig. 4. Wird beispielsweise die Feder 21 in Fig. 1 vermittels der Stellmutter 22 auf einen solchen Wert vorgespannt, daß er dem an der Stelle 15 entnommenen Innendruck p6 des Föttinger-Wandlers das Gleichgewicht hält, so ist in keinem Falle mehr ein Betrieb oberhalb der Linie Mdmax möglich. Das größtmögliche Drehmoment tritt im Punkt 30 auf.If one carries for the respective partial load points determined by n1 and n2 the internal pressures of constant magnitudes determined from FIG. 3 in the torque diagram according to FIG. 2, a family of curves of approximately constant torque limit lines is obtained Mdmax according to FIG. 4. For example, the spring 21 in FIG. 1 becomes by means of the adjusting nut 22 biased to such a value that it is the internal pressure taken at the point 15 p6 of the Föttinger converter is in equilibrium, there is no longer any Operation above the line Mdmax is possible. The greatest possible torque occurs in the Item 30 on.

Das hydraulische Mittel kann an allen beliebigen Stellen des Föttinger-Wandlers entnommen werden, an denen sich die statischen Drücke ähnlich verhalten wie die Ausgangsdrehmomente des Föttinger-Wandlers. Bei einem Föttinger-Wandler nach der in Fig. 1 gezeigten Art kommt als Entnahmestelle vorzugsweise der scheibenförmige Raum zwischen Pumpen- und Turbinenrad in Frage.The hydraulic means can be at any point on the Föttinger converter can be taken from which the static pressures behave similarly to the Output torques of the Föttinger converter. With a Föttinger converter after the The type shown in FIG. 1 is preferably the disk-shaped one as the extraction point Space between pump and turbine wheel in question.

Die Ähnlichkeit zwischen den Drehmoment-Drehzahl-Kurven (Fig.2) und den Innendruck-Drehzahl-Kurven sind nicht als mathematische Zusammenhänge zu verstehen. Diese Zusammenhänge sind rein zufällig und können durch die Gestaltung des scheibenförmigen Spalts zwischen dem Pumpen- und Turbinenrad beeinflußt werden. So kann die Spaltbreite größer oder geringer gewählt werden, oder es können das Pumpen-und das Turbinenrad oder eins von beiden in dem Spalt mit Schaufeln versehen werden. Als Schaufeln können auch Schraubenköpfe wirken, die sich in dem Pumpen- oder dem Turbinenrad befinden. Eine Änderung des Innendruck-Drehzahl-Verlaufes kann auch dadurch erzielt werden, daß die Entnahme des hydraulischen Mittels in verschiedenen Abständen von der Getriebeachse erfolgt.The similarity between the torque-speed curves (Fig.2) and the internal pressure-speed curves are not to be understood as mathematical relationships. These relationships are purely coincidental and can be determined by the design of the disk-shaped Gap between the pump and turbine wheel are affected. So can the gap width be selected larger or smaller, or it can be the pump and the turbine wheel or one of the two can be bladed in the gap. Can be used as shovels screw heads that are located in the pump or turbine wheel also act. A change in the internal pressure-speed curve can also be achieved by that the removal of the hydraulic medium at different distances from the transmission axis he follows.

Die Regelung der Antriebsleistung zum Zwecke der Drehmomentbegrenzung kann auch bei einem Elektromotor oder einem Antriebsmotor beliebiger Art erfolgen. Auch kann die Regelung des vom Föttinger-Wandler abgegebenen Drehmomentes im Wandler selbst, beispielsweise durch Schaufelverstellung oder Abdecken von Schaufelkränzen durch Schieber, oder durch Eingriffe in andere Teile der Kraftübertragung, wie zwischengeschaltete Regelkupplungen od. dgl., erfolgen. Schließlich kann auch das Drehmoment durch Eingriffe an der Arbeitsmaschine verringert werden, was beispielsweise bei einem unter Pumpendruck stehenden Flüssigkeitskreislauf durch Öffnen oder Entlasten eines Überstromventils oder durch Drosselung der Saugleitung erfolgen kann.The regulation of the drive power for the purpose of torque limitation can also be done with an electric motor or a drive motor of any type. The torque output by the Föttinger converter can also be regulated in the converter itself, for example by adjusting the blades or covering the blade rings by slides, or by intervening in other parts of the power transmission, such as intermediate ones Control clutches or the like. Take place. Finally, the torque can also be interfered with be reduced on the work machine, for example in the case of an under pump pressure stationary liquid circuit by opening or relieving an overflow valve or by throttling the suction line.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Drehmomentbegrenzung bei Föttinger-Wandlern mit einem scheibenförmigen Spalt zwischen Pumpen- und Turbinenscheibe, bei welchen der Spaltüberdruck ohne wesentliche Drosselung bis in Achsnähe gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß auf den zwischen Pumpen- und Turbinenrad an achsnaher Stelle entnommenen Druck des hydraulischen Mittels ansprechende Elemente, z. B. Kolben, Membran, vorgesehen sind, die dazu dienen, diesen Druck direkt oder über Verstärker zur Betätigung eines die An- oder Abtriebsleistung bzw. die übertragene Leistung steuernden Gliedes weiterzuleiten. PATENT CLAIMS: 1. Device for limiting torque in Föttinger converters with a disk-shaped gap between the pump and turbine disk, in which the gap overpressure reaches the axis without significant throttling, thereby characterized that on the between the pump and turbine wheel at a point close to the axis extracted pressure of the hydraulic medium responsive elements, e.g. B. Pistons, Membrane, are provided, which serve to increase this pressure directly or via amplifier to actuate the input or output power or the transmitted power forwarding the controlling link. 2. Einrichtung -nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel in an sich bekannter Weise, vorzugsweise über einen hydraulischen Stellmotor, das den Antriebsmotor steuernde Stellglied betätigt. 2. device -according to claim 1, characterized in that that the hydraulic means in a known manner, preferably via a hydraulic servomotor that actuates the actuator controlling the drive motor. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel vorzugsweise über einen hydraulischen Stellmotor in die Kräftübertragung durch Abdecken von Wandlerschaufelkränzen mittels eines Schiebers oder durch Verstellung von Wandlerschaufeln eingreift. 3. Device according to claim 1, characterized in that the hydraulic means preferably via a hydraulic servomotor in the power transmission by covering of converter vane rings by means of a slide or by adjusting converter vanes intervenes. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel vorzugsweise über einen hydraulischen Stellmotor durch die Steuerung zusätzlicher Übertragungselemente, z. B. steuerbarer Kupplungen, in die Kraftüberträgung eingreift. - 4. Device according to claim 1, characterized in that the hydraulic Means preferably via a hydraulic servomotor by controlling additional Transmission elements, e.g. B. controllable clutches, engages in the power transmission. - 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Mittel vorzugsweise über einen hydraulischen Stellmotor das Lastmoment der Arbeitsmaschine beeinflußt. 5. Device according to claim 1, characterized in that the hydraulic means, preferably via a hydraulic servomotor, the load torque affects the working machine. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsollwert einstellbar ist. 6. Device according to claim 1, characterized in that that the torque setpoint is adjustable. 7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 882 163, 814 704; österreichische Patentschrift Nr. 152 453; schweizerische Patentschrift Nr. 173 863. kennzeichnet, daß der Sollwerteinsteller zur Anzeige des eingestellten Grenzdrehmomentes dient.7. Device according to claim 1, characterized Publications considered: German Patent Specifications No. 882 163, 814 704; Austrian Patent No. 152 453; Swiss patent no. 173 863. indicates that the setpoint adjuster is used to display the set Limit torque is used.