DE1425394B2 - Stromungskupplung,insbesondere fur Antriebe mit Elektromotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Strömungskupplung, um z. B. bei blockierter Abtriebsseite der Kupplung insbesondere für Antriebe mit Elektromotor, vor- den weiterlaufenden Motor vor Überlastung zu schützugsweise Kurzschlußläufermotor mit einer zur zeit- zen. Schließlich hat man außer den gesteuerten Entweisen Aufnahme von Arbeitsflüssigkeit beim selbst- leeröffnungen auch noch diese Rücklaufkanäle durch tätigen Teilentleeren des Arbeitsraumes während des 5 eine Regelvorrichtung in Abhängigkeit von der Pum-Betriebes dienenden Kammer, die zumindest zu penraddrehzahl gesteuert, und zwar derart, daß die einem wesentlichen Teil von mit dem Pumpenrad Rücklaufkanäle bei unteren Drehzahlen geöffnet und umlaufenden Wänden gebildet wird und Vorzugs- bei oberen Drehzahlen geschlossen sind,
weise einen Außendurchmesser gleich dem mittleren Schließlich ist auch schon eine Strömungskupplung Durchmesser der Pumpenradbeschaufelung aufweist, ίο ähnlicher Bauart vorgeschlagen worden, bei der eine die ferner mindestens eine von ihrem radial äußeren umlaufende Kammer mit ungesteuerter Entleeröff-Bereich zum Arbeitsraum führende und zum Ent- nung sowie mit Rücklaufkanälen vorgesehen ist, woleeren der Kammer dienende Leeröffnung besitzt so- bei letztere aus dem ungesteuerten inneren Laufradwie außerdem mit mindestens einem am Arbeitsraum spalt zwischen Pumpen- und Turbinenrad sowie aus angeschlossenen, dem Staudruck der dortigen Ring- 15 zusätzlichen, mittels fliehkraftbetätigter Steuerklapströmung ausgesetzten und zum Füllen der Kammer pen verschließbaren Öffnungen bestehen. Auch hier dienenden Rücklaufkanal vorgesehen ist, der mittels kann sich die Kammer bei 100 °/o Schlupf nicht entwenigstens eines fliehkraftbetätigten Ventils bei den leeren, weil als Entleeröffnung der äußere Laufradoberen Pumpenraddrehzahlen durch die Kraft eines spalt benutzt wird, in dem aber bei großem Schlupf radialbeweglichen Fliehgewichtes geschlossen und bei 20 der hohe arbeitsraumseitige Gegendruck das Entden unteren Pumpenraddrehzahlen durch die Kraft leeren der Kammer verhindert. Außerdem bedingt einer der Fliehkraft entgegenwirkenden, wenigstens der stets offene innere Laufradspalt ein dauerndes mittelbar am Fliehgewicht angreifenden Feder ge- Rückfüllen in die Kammer, und zwar auch bei geöffnet wird. schlossenen Steuerklappen, so daß eine Entleerung

Bei Strömungskupplungen ohne ein solches dreh- 25 der Kammer sogar bei geringerem Gegendruck am

zahlabhängiges betätigtes Rückfüllungsventil ist die äußeren Laufradspalt noch nicht möglich ist. Aus

Rückfüllung während des Betriebes (dynamische diesem Grunde ist mit dieser Kupplung nicht jene

Rückfüllung) nicht möglich, sondern lediglich beim gesteigerte Drehmomentübertragungsf ähigkeit erreich-

Stillstand (statische Rückfüllung). Es fließt hierbei bar, die in der Regel zum Überwinden des Los-

zufolge der Schwerkraft ein Teil der Arbeitsflüssig- 30 brechmomentes der stillstehenden Arbeitsmaschine

keit in die Kammer, so daß sich während des nach- erforderlich ist.

folgenden Anlaufvorganges wegen der nur teilweisen Alle vorgenannten Kupplungsbauarten befriedigen Füllung des Arbeitsraumes eine geringe Kraftüber- jedoch nicht ganz. Denn bei der Ausführung mit tragungsfähigkeit der Kupplung und demzufolge eine drehzahlabhängiger Steuerung nur der Entleeröffnunnur geringe Anfahrbelastung für den Antriebsmotor 35 gen kann zumindest bei 100 % Schlupf (Anfahrergibt. Auf Grund dieses »weichen« AnI auf Vorganges punkt) auf Grund des großen Verhältnisses von ist diese Kupplungsbauart für unter Last anlaufende Rücklaufkanal-Querschnitten zu Entleeröffnungs-Antriebe, wie z. B. für elektromotorische Antriebe Querschnitten kein Entleeren der Kammer erfolgen, im Bergbau, vorzugsweise für solche mit Kurzschluß- Eine andersartige Bemessung dieses Querschnittsverläufermotor, besonders geeignet. 40 hältnisses ist dagegen infolge der dann sehr groß aus-

Während des Anlaufvorganges steigt die Drehzahl fallenden Durchgangsquerschnitte der gesteuerten

des Pumpenrades und damit der umlaufenden Kam- Entleeröffnungen technisch schwer zu verwirklichen

mer an, so daß sich diese unter der Wirkung der und auch unwirtschaftlich. Die weitere Ausführung

Fliehkraft über die Entleeröffnungen allmählich ganz mit Drehzahlsteuerung sowohl der Entleeröffnungen

oder größtenteils in den Arbeitsraum entleert, bis 45 als auch der Rücklaufkanäle erfordert in jedem Falle

dieser seine für den jeweiligen Anwendungsfall ge- einen erheblichen Bauaufwand, ganz abgesehen da-

wählte Betriebsfüllung erlangt und die Kupplung von, daß hier die zwei Steuerungen eine erhöhte Ge-

nunmehr ihre volle Übertragungsfähigkeit erreicht fahr für Störungen darstellen (z.B. Störungen auf Grund

hat Um diesen Vorgang auf einen Motor-Drehzahl- von Ölverschmutzung) und sich beide Steuerungen

bereich mit günstiger Wirkung zu beschränken, hat 50 auch nur schwierig aufeinander abstimmen lassen,

man bereits die Entleeröffnungen mit in Abhängig- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die auf-

keit von der Pumpenraddrehzahl gesteuerten Venti- gezeigten Nachteile zu vermeiden, insbesondere den

len versehen, die erst oberhalb einer bestimmten Bauaufwand einer Strömungskupplung, bei der sich

Pumpendrehzahl den Durchfluß durch die Entleer- eine Entleerung der Kammer auch bei großem

Öffnungen freigeben. 55 Schlupf einstellt bei gleichzeitiger Erhöhung der

Diese letztgenannte Kupplungsbauart hat man Schaltsicherheit zu vermindern, sowie eine Verringe-— wie eingangs bereits erwähnt — dadurch zu ver- rung des erforderlichen Drehzahlintervalls zum Bebessern versucht, daß die Kammer außerdem mit am tätigen der Steuerung der Arbeitsfüllung möglichst radial inneren Bereich des Arbeitsraumes angeschlos- derart zu erreichen, daß dieses Intervall kleiner ist senen, dem Staudruck der dortigen Ringströmung 60 als der Drehzahlunterschied zwischen unterster Beausgesetzten Rücklaufkanälen versehen wurde, die triebsdrehzahl und Kippdrehzahl des Elektromotors, ein Rückfüllen der Kammer auch bei laufendem Ausgehend von einer Strömungskupplung der ein-Pumpenrad und oberhalb bestimmter Schlupfwerte gangs genannten Art wird zur Lösung erfindungsbewirken. Die' dadurch erzielte Teilentleerung des gemäß die Anwendung der beiden folgenden Merk-Arbeitsraumes erfolgt — im Gegensatz zu der ein- 65 male vorgeschlagen:

gangs beschriebenen »statischen Teilentleerung« des a) Die Entleeröffnungen sind in an sich bekannter Arbeitsraumes bei und kurz vor Kupplungsstill- Weise als ungesteuerte Drosselbohrungen ausstand — dynamisch und ist ebenfalls sehr erwünscht, gebildet;

b) die Steifigkeit der Feder des Ventils ist so gewählt, daß der Fliehkraftzuwachs auf Grund der Radienzunahme an dem sich radial nach außen bewegenden Fliehgewicht größer ist als der Zuwachs an Federkraft der dabei zunehmend angespannten Feder.

Die Aufgabe wird also dadurch gelöst, daß auf die bei dieser bekannten Kupplung an den Entleeröffnungen angeordneten fliehkraftbetätigten Ventilen verziehtet wird und an deren Stelle lediglich Drosselbohrungen vorgesehen werden und daß an den Rücklaufkanälen besonders schnellwirkende Ventile verwendet werden.

Eine solche Kupplungsausführung ist gegenüber Strömungskupplungen mit Doppelsteuerung, d. h. mit Steuerung sowohl der Entleeröffnungen als auch der Rücklaufkanäle, einfacher und billiger anzufertigen, und außerdem lassen sich die Schaltpunkte mit weniger Aufwand einstellen, zumal hier ein gegenseitiges Abstimmen der Schaltpunkte zweier Steuerungen nicht erforderlich ist. Überdies ist die Störanfälligkeit wegen der geringeren Anzahl der Steuerelemente kleiner. Ferner läßt sich mit der erfindungsgemäßen Kupplung eine vollauf befriedigende und der beschriebenen Doppelsteuerung zumindest ebenbürtige Steuerfunktion erreichen, die eine wirkungsvolle Entlastung des Motors sowohl bei wiederholtem, auch schnell aufeinanderfolgendem Anfahren des Antriebes aus dem Stillstand und unteren Drehzahlen heraus als auch bei durch Spannungsabfall geschwächtem Motor während starken Abbremsens oder Blockierens des Turbinenrades sicherstellt. Voraussetzungen für dynamisches Teilentleeren des Arbeitsraumes sind hierbei erstens ein ausreichend großer Kupplungsschlupf — da nämlich nur dann die am Arbeitsraum angeschlossenen Rücklaufkanäle mit dem erforderlichen Staudruck beaufschlagt sind — und zweitens das Unterschreiten einer bestimmten Drehzahl des Pumpenrades, weil sich erst dann die Rücklaufkanäle öffnen. Sind diese beiden Bedingungen erfüllt, so wird durch die dynamische Wirkung der Ringströmung Arbeitsflüssigkeit aus dem Arbeitsraum in die Kammer gedrängt, und zwar mehr, als auf Grund der Fliehkraft aus der Kammer durch die Entleeröffnungen wieder ausströmen kann, so daß sich die Kammer trotz dauernd offener Entleeröffnung füllt.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sind beide sich gegenseitig ergänzende Merkmale a) und b) nötig, da sie beide geeignet sind, das zum Ein- und Ausrücken des Ventils gehörenden Drehzahlintervall (Hysterese) zu verkleinern. Da bei der Kupplung nach dem Stand der Technik zwei Ventilarten (Ein- und Auslaßventile) am Vorratsraum verwendet werden, die beide einen eigenen Hysteresebereich aufweisen, die sich in der Regel mindestens zum Teil addieren, da ein genaues Überdecken dieser beiden Bereiche im Drehzahlspektrum wegen der auftretenden Justierschwierigkeiten und der eintretenden Ver-Schleißerscheinungen praktisch nicht möglich ist, bedeutet es bereits eine Einschränkung des gesamten auftretenden, zur Betätigung der Ventile nötigen Drehzahlintervalls und damit eine Verbesserung der Schaltsicherheit, wenn auf eines der beiden Ventile verzichtet werden kann. Es liegt bereits ein erfinderischer, über die Gewohnheiten der Fachwelt hinausgehender Schritt darin, auf ein allgemein verwendetes Ventil zu verzichten. Das zweite Merkmal stellt dazu noch eine weitere, zusätzliche Maßnahme dar, die durch das Weglassen des Auslaßventils erzielte Wirkung im Sinne der Lösung der gestellten Aufgabe zu sichern. Das Weglassen des Auslaßventils allein würde noch nicht die angestrebte Wirkung zeigen, da der zum Einlaßventil gehörende Hysteresebereich immer noch zu breit wäre und den gestellten Forderungen nicht genügen würde. Andererseits würde Merkmal b) allein ebenfalls nicht die Lösung aufzeigen, da zu dem allerdings bereits schmaleren Hysteresebereich sich unter Umständen noch der Bereich des Auslaßventils addieren würde und der Gesamtbereich der auftretenden Drehzahlintervalle wiederum zu groß sein würde.

Für Antriebe mit Kurzschlußläufermotor, für die die erfindungsgemäße Kupplung in erster Linie in Frage kommt, wird — wie erwähnt — eine solche Auslegung der Regelvorrichtung zum Steuern der Rücklaufkanäle vorgesehen, daß die Schaltdrehzahl zum Schließen der Rücklaufkanäle — diese Schaltdrehzahl sei nachstehend als »obere Schaltdrehzahl« bezeichnet — zwischen der Motor-Kippdrehzahl und der Motor-Nenndrehzahl liegt und daß ferner die Schaltdrehzahl zum Öffnen der Rücklaufkanäle ( = untere Schaltdrehzahl) bei oder nahe bei der Motor-Kippdrehzahl liegt. Sofern zwischen Antriebsmotor und Strömungskupplung eine Über- oder Untersetzung eingebaut ist, gelten bei der vorstehenden Defination an Stelle der Motor-Kippdrehzahl und der Motor-Nenndrehzahl die hiermit proportionalen entsprechenden Werte der Pumpenraddrehzahlen.

Die eben genannte Auslegung läßt sich beispielsweise durch eine entsprechende Bemessung und Anordnung der Fliehgewichte und der zugehörigen Rückstellfedern erreichen und ermöglicht es, daß beim Anlaufen des Antriebs der Motor entlastet bis nahe an seine Nenndrehzahl hochläuft und daß erst dann das Nachfüllen des Arbeitsraumes erfolgt. Wird später — etwa infolge zu großer Last auf der Abtriebsseite — der Motor in seiner Drehzahl bis auf den unteren Schaltpunkt in der Nähe des Motor-Kippunktes heruntergedrückt, so öffnet die Regelvorrichtung die Rücklaufkanäle wieder, der Arbeitsraum entleert sich teilweise, und der Motor wird wiederum entlastet. Auf diese Weise kann der Motor nur bis in die Nähe des Kippunktes herabgedrückt und damit nicht weiter als zulässig in das Gebiet höherer Stromaufnahme gedrängt werden. Weitere Erläuterungen dieser Arbeitsweise sind aus dem an späterer Stelle beschriebenen Betriebsdiagramm der Kupplung nach Fig. 13 ersichtlich.

Die weitere Verbesserung gemäß Merkmal b) besteht in der Ausbildung der Regelvorrichtung und insbesondere in der Auslegung der Federsteifigkeit derart, daß beim Erreichen der Schaltdrehzahlen sofort ein vollständiges Schließen bzw. ein vollständiges Öffnen der Rücklaufkanäle erfolgt, d. h. mit anderen Worten, daß die Regelvorrichtung mit einem sogenannten Schnappeffekt arbeitet. Dieser ist beispielsweise dadurch erzielbar, daß während des Hochschaltvorganges die Fliehkraft des Fliehgewichtes zufolge des sich dabei vergrößernden Fliehgewichtsabstandes von der Kupplungsachse mehr zunimmt als der Federkraft der entsprechend weich gewählten Rückstellfeder. Bei diesem Merkmal ist bei der Auslegung der Federsteifigkeit selbstverständ-

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lieh zu berücksichtigen, daß im Falle eines ungleich Rückwand 10 a des Stauraumes angeordneten Drehwirksamen Hebels zwischen Fliehkraftangriffspunkt schieber 12 geöffnet sind (dies ist bei allen Pumpen- und Schwenkpunkt einerseits und Federkraftangriffs- raddrehzahlen unterhalb der entsprechenden Schaltpunkt und Schwenkpunkt andererseits einem solchen drehzahl der Fall), kann zufolge des Staudruckes im wirksamen, von eins abweichendes Hebelverhältnis 5 Stauraum 10 Flüssigkeit durch die geöffneten Dreh-Rechnung getragen wird. Eine solche Ausbildung schieber 12 hindurch in die Kammer 6 gelangen. Da läßt mit Sicherheit eine erforderliche kleine Schalt- die Durchtrittsquerschnitte aller Entleeröffnungen 8 hysterese erreichen, und zwar insbesondere auch und aller geöffneten Drehschieber 12 so gewählt sind, dann, wenn, wie nach weiteren Vorschlägen gemäß daß von einem bestimmten Schlupfwert ab mehr den Unteransprüchen vorgesehen, die Regelvorrich- io Flüssigkeit durch die Drehschieber 12 in die Kamtung zwecks Steigerung der Schaltsicherheit für ein mer 6 eintritt, als aus dieser auf Grund der Fliehkraft möglichst reibungsfreies Arbeiten ausgebildet wird, durch die Entleeröffnungen 8 entweicht, wird sich d. h. also, daß gleitende Flächen an den Bewegungs- dann die Kammer 6 füllen. Auf diese Weise wird bei elementen möglichst vermieden und/oder daß die mittlerem und großem Kupplungsschlupf und bei Reibungskräfte möglichst gering gehalten werden, 15 Pumpenraddrehzahlen unterhalb der jeweiligen z. B. durch weitgehendes gegeneinander Aufwiegen Schaltdrehzahl dem Arbeitsraum 7 ein Teil der Arder auf das bewegte Ventilstellorgan wirkenden beitsflüssigkeit entzogen und infolgedessen das Kräfte. Mit einer derartigen Regelvorrichtung ist er- Kraftübertragungsvermögen der Kupplung in erreichbar, daß der obere Schaltpunkt nur wenig von wünschter Weise vermindert. Diese bei laufender der Soll-Schaltdrehzahl abweicht. 20 Kupplung erfolgende Teilentleerung des Arbeits-

Die Erfindung ist nachstehend an Hand mehrerer raumes erfolgt somit auf dynamische Weise,
in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele Der Arbeitsraum 7 kann sich aber auch bei Stillerläutert. Hierbei stellt dar stand der Kupplung auf statische Art teilentleeren,

F i g. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsge- indem dann die Kupplungsflüssigkeit auf Grund der

mäßen Strömungskupplung, 25 Schwerkraft in allen miteinander in kommunizieren-

Fig. 2 und 3 je einen Ausschnitt aus Fig. 1, je- der Verbindung stehenden Räumen einen gleich

doch mit nahe den Entleeröffnungen vorgesehenen hohen Flüssigkeitsstand einnimmt, wobei sie teils

Abweiselementen sowie (F i g. 2) mit einer Leitwand durch die Entleeröffnungen 8, teils durch die offenen

für die Rücklaufkanäle, Drehschieber 12 und gegebenenfalls auch noch durch

Fig. 4 einen Teil der Stirnansicht des Pumpen- 30 die Belüftungsleitungen 13 (s. Fig. 6) aus dem Ar-

rades mit Entleeröffnung, beitsraum in die Kammer 6 gelangt. Infolgedessen ist

F i g. 5 einen Zylinderschnitt durch die Pumpen- auch beim Beginn des Anfahrens der Kupplung aus

radnabe mit Einbauten vor den Steuerschiebern, dem Stillstand heraus der Arbeitsraum ebenfalls nur

F i g. 6 und 7 einen Ausschnitt aus F i g. 1 mit teilgefüllt.

Entlüftungskanälen, 35 Nach Überschreiten der oberen Schaltdrehzahl

F i g. 8 eine Ansicht der als Fliehgewichtsschalter sind die Drehschieber 12 geschlossen, so daß sich

ausgebildeten Regelvorrichtung mit einem hierdurch dann die Kammer 6 — da ihr keine Flüssigkeit mehr

gesteuerten Drehschieber für die Rücklaufkanäle, durch die Schieber 12 zuströmt —■ ganz oder bis auf

F i g. 9 den Drehschieber teils im Längsschnitt, eine geringe Restfüllung entleert, die durch den an

teils in Ansicht, 40 den Entleeröffnungen 8 herrschenden Gegendruck

Fig. 10 und 11 weitere Einzelheiten des Dreh- im Arbeitsraum bedingt ist. Die Pfeile 14 geben noch

Schiebers, die Ringströmung bei kleinem Schlupf an, die da-

F i g. 12 ein Diagramm für den Verlauf der Flieh- bei ausschließlich im eigentlichen Arbeitsraum 7 und

kraft und der Federkraft des Fliehkraftschalters und somit außerhalb des Stauraumes 10 verläuft.

Fig. 13 ein Drehmoment-Drehzahldiagramm für 45 Fig. 2 zeigt einen Teil des Pumpenrades ähnlich

das Zusammenarbeiten von Motor und Strömungs- wie nach Fig. 1, jedoch mit zwei Abwandlungen,

kupplung. - Um nämlich das Austreten der Flüssigkeit aus den

Gemäß F i g. 1 treibt der angedeutete Kurzschluß- Entleeröffnungen 8 in den Arbeitsraum 7 zu erleichläufer-Elektromotor 1 über die elastische Kupplung 2 tern, ist im Arbeitsraum in Richtung der normalen das Pumpenrad 3 der Strömungskupplung an. Deren 50 Ringströmung betrachtet (Pfeil 14) vor jeder Ent-Turbinenrad 4 gibt das übertragene Drehmoment leeröffnung 8 je ein über die Arbeitsraumvvandung über die Abtriebswelle 5 an eine anzutreibende Ar- vorstehendes Abweiselement in Gestalt einer nockenbeitsmaschine, beispielsweise an einen Grubenketten- artigen Erhebung 15 vorgesehen, die an der Münförderer ab. Mit dem Pumpenrad 3 läuft die Kam- dung der Entleeröffnungen 8 eine Verringerung des mer 6 mit ihren Mitnehmerschaufeln 6a um, die sich 55 statischen Druckes erzeugt. Gemäß Fig. 3 können in radialer Richtung etwa bis zum mittleren Durch- die Abweiselemente auch die Form von Sogblechen messer der Pumpenradbeschaufelung 3a erstreckt. 16 erhalten. Diese Einbauten bewirken eine zeitliche Mit 7 ist der vom Pumpenrad 3 und Turbinenrad 4 Beschleunigung des Entleervorganges der Kammer 6 gebildete Arbeitsraum bezeichnet. Von dem radial sowie gegebenenfalls auch eine Kammerentleerung äußeren Bereich der Kammer 6 führen mehrere 60 bis zu einer kleineren Restfüllung, wodurch der Abachsparallele Entleeröffnungen 8 zum Arbeitsraum. stand zwischen der oberen und unteren Parabel 44 Durch den ringförmigen Ansatz 9 am Pumpenrad bzw. 42 nach Fig. 13 in erwünschter Weise verwird radial innerhalb des Arbeitsraumes 7 ein Stau- größert wird.

raum 10 gebildet, in dem sich bei mittlerem und Außerdem ist es günstig, wenn die arbeitsraum-

großem Kupplungsschlupf ·—· in diesem Falle ver- 65 seitige Mündung jeder Entleeröffnung in Umfangs-

läuft die Ringströmung etwa gemäß dem strichliert richtung in der Mitte zwischen zwei benachbarten

eingezeichneten Pfeil 11 —· ein Teil der zirkulieren- Schaufeln angeordnet ist, wie dies aus der teilweisen

den Flüssigkeit anstaut. Sofern außerdem die an der Stirnansicht des Pumpenrades nach F i g. 4 ersieht-

lieh ist. Die Pumpenschaufeln sind dort mit 17 bezeichnet. Diese Anordnung erhöht nicht nur die obere Parabel 44 nach Fig. 13, sondern macht sie auch unabhängig von der Drehrichtung.

Oft ist es erwünscht, auch bei gegenüber dem Pumpenrad voreilendem Turbinenrad ein dynamisches Teilentleeren des Arbeitsraumes 7 und eine Verminderung der Kraftübertragungsfähigkeit der Kupplung zu erreichen. Dies ist z. B. beim sogenannten Gegenstrombremsen der Fall, wobei der durch Umpolung auf entgegengesetzten Drehsinn geschaltete Elektromotor seine Drehrichtung möglichst schnell wenden und die in der ursprünglichen Drehrichtung zunächst weiterlaufende Arbeitsmaschine wirksam abbremsen soll. Aus diesem Grunde wird nach einer Weiterbildung der Erfindung die arbeitsraumseitige Anschlußstelle mindestens eines der Rücklaufkanäle derart angeordnet oder so ausgebildet ist, daß diese Anschlußstelle bei der der normalen Strömungsrichtung 14 entgegengesetzten Ringströmung (s. Richtungspfeil 18 nach Fig. 2) oder aber bei beiden Strömungsrichtungen dem Staudruck der Ringströmung ausgesetzt ist. Eine Ausführungsform hierfür ist in F i g. 2 dargestellt und weist zumindest eine Leitwand 19 auf, die die in Umfangsrichtung zumindest die Breite eines Drehschiebers 12 besitzt und die entgegengesetzte Ringströmung 18 so umlenkt, daß der Drehschieber 12 auch durch diese Strömung beaufschlagt wird. Durch geeignete Anordnung und Ausbildung der Leitfläche ist es außerdem möglich, einige Drehschieber nur durch die normale Ringströmung und einen oder einige andere Drehschieber nur durch die entgegengesetzte Ringströmung zu beaufschlagen.

Die den Drehschiebern 12 zugeleitete Ringströmung hat eine beträchtliche Umfangskomponente, die den Flüssigkeitseintritt in die Drehschieber erschwert. Es ist daher zweckmäßig, gemäß F i g. 5 (dies ist ein Zylinderschnitt nach den Linien I-I in Fig. 6) vor den Absperrorganen noch Leitwände 20 vorzusehen, die die Zuströmung zu den Absperrorganen im günstigen Sinne beeinflussen, hier also die Strömung gemäß Pfeil 21 in die Drehschieber 12 hineinlenken. Um bei beiden Kupplungs-Drehrichtungen eine möglichst gleiche Wirkung zu erreichen, kann zusätzlich noch die Leitwand 22 für die entgegengesetzte Zuströmrichtung 23 vorgesehen werden.

Um das Entleeren und Füllen der Kammer 6 nicht zu verzögern, sind Belüftungskanäle erforderlich, die einen Luftaustausch zwischen flüssigkeitsfreien Stellen des Arbeitsraumes 7 und der Kammer 6 ermöglichen. Bisher war die arbeitsraumseitige Mündung der Belüftungskanäle entweder im sogenannten Kernraum des Arbeitsraumes oder in einem durch besondere Einbauten geschaffenen künstlichen Strömungsablösungsgebiet angeordnet. Als besonders zweckmäßig wurde nun die in F i g. 6 dargestellte besondere Lage der arbeitsraumseitigen Anschlußstelle 24 der Belüftungskanäle 13 gefunden. Hierbei liegt diese Anschlußstelle 24 an der Wandung des Pumpenrades 3 in dem Ablösungsgebiet 25, das sich bei normal gerichteter Ringströmung (siehe die entsprechenden Strömungspfeile 26) hinter dem Eintritt in die Pumpenradbeschaufelung 3 α ohne zusätzliche Hilfsmittel ausbildet. '

Nach Fig. 7 kann die arbeitsraumseitige Anschlußstelle 24 dieses Belüftungskanals 13 außerdem eine Leitfläche 27 erhalten, die bei der der normalen Strömungsrichtung entgegengesetzten Ringströmung nach Pfeil 18 diese teilweise über den Belüftungskanal 13 in die Kammer 6 ableitet. Auf diese Weise wird ebenfalls bei entgegengesetzter Ringströmung, z. B. bei Gegenstrombremsung, ein dynamisches Füllen der Kammer 6 ermöglicht bzw. beschleunigt.

Die F i g. 8 bis 11 zeigen Einzelheiten des Drehschiebers 12 mit der zugehörigen Fliehgewichtregelung. Der Drehschieber besteht aus der an der Stauraumrückwand 10 a befestigten, also nicht verstellbaren zylindrischen inneren Schieberhülse 30 und der hierauf drehbaren, ebenfalls zylindrischen äußeren Schieberhülse 31. In jeder der beiden Schieberhülsen 30 und 31 sind mehrere schräg zur Schieberachse verlaufende Steuerschlitze 32 bzw. 33 vorgesehen. Die äußere Schieberhülse 31 stellt einen Teil des Fliehgewichtkörpers 34 dar und bildet zugleich den Drehpunkt desselben. Zwecks Verminderung der Reibung ist etwa im Schwerpunkt des Fliehgewichtkörpers 34 ein Wälzlager 35 vorgesehen, an dessen beweglichen Außenring die Rückstellfeder 36 angreift. Die Anordnung ist überdies so getroffen, daß der Berührungspunkt 37 (Abstützpunkt) zwischen Wälzlager 35 und Rückstellfeder 36 auf oder möglichst nahe der Wirkungslinie 38 der Fliehkraft des Fliehgewichtskörpers liegt. Zur Begrenzung der Fliehgewichtbewegung sind außerdem den beiden Endstellungen entsprechende Anschläge vorgesehen, die in der Zeichnung nicht dargestellt wurden.

Diese Ausbildung der Steuereinrichtung ergibt ein weitgehend reibungsfreies Arbeiten, da der als Schwenkgelenk dienende Drehschieber 12 von Auflagerkräften entlastet ist und die Reibung des Wälzlagers 35 unbeachtet ist. Außerdem ist der Drehschieber 12 in bezug auf den Flüssigkeitsdruck kraftmäßig ausgeglichen, so daß auch dieser praktisch keine Reibung hervorrufen kann. Während des Öflnungs- und Schließvorganges des Drehschiebers erzeugt allerdings die an den Steueröffnungen 32 und

33 eingeschnürte Strömung (siehe Strömungspfeil 39 in F i g. 11) auf die äußere Schieberhülse 31 wirkende Kräfte, die den Verstellvorgang beeinflussen. Um diesen mitunter unerwünschten Einfluß auszuschalten, wird nach einem weiteren Vorschlag die bewegliche Steuerkante 40 gemäß Fig. 11 messerartig zugeschärft.

Die Fig. 12 zeigt ein Diagramm für den Verlauf der Kraft P der Rückstellfeder 36 und der Fliehkraft P₂ des Fliehgewichtkörpers 34, und zwar in Abhängigkeit von den Radien r des Fliehgewichtkörpers

34 in bezug auf die Kupplungsachse und außerdem für die obere Schaltdrehzahl. Wie ersichtlich, wächst mit zunehmendem Radius, ausgehend vom Radius r_h die Fliehkraft P₂ mehr an als die Kraft P₁ der Rückstellfeder, so daß sich beim Erreichen der oberen Schaltdrehzahl ein sofortiges Durchschalten bis zum vollständigen Schließen des Drehschiebers 12 und somit ein sogenannter Schnappeffekt ergibt. Sinngemäß gleiches gilt für das Rückschalten bei der unteren Schaltdrehzahl, da dann die Fliehkraft bei radialer Verlagerung des Fliehgewichtkörpers mehr abnimmt als die Federkraft.

Das Drehmoment-Drehzahldiagramm nach Fig. 13 veranschaulicht das Zusammenarbeiten der erfindungsgemäßen Strömungskupplung mit einem Kurzschlußläufermotor. Unter der Annahme einer übersetzungslosen Verbindung des Motors mit dem

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Pumpenrad stellen die Abszissenwerte sowohl die Pumpenrad-Drehzahl H₁ als auch die gleich große Motor-Drehzahl n_Mui dar. Die Kurve 41 gibt den Verlauf des Motor-Drehmomentes über der Drehzahl an, und zwar unter der Annahme konstanter Spannung (kein Spannungsabfall). Beim Anfahren des Motors aus dem Stillstand wächst auf Grund der statischen Teilentleerung und später auf Grund der zusätzlichen dynamischen Teilentleerung des Arbeitsraumes das durch die Kupplung übertragene Dreh- moment lediglich entsprechend der unteren etwa parabolischen Kurve 42 bis zum Erreichen der oberen Schaltdrehzahl o.S. im Punkt A an (stark ausgezogener Linienzug). Nunmehr schließen die Drehschieber 12, und die Kammer 6 entleert sich in den Arbeitsraum 7, so daß von nun ab das übertragene Kupplungsmoment steiler als bisher nach der Kurve 43 wächst und über Punkt B auf der Motor-Momentenlinie 41 den Punkt C erreicht. Die durch diesen Punkt C verlaufende obere Parabel 44 entspricht dabei der vollen Übertragungsfähigkeit der Kupplung nach Beendigung der Entleerung der Kammer 6. Die nachfolgenden Vorgänge während des Anfahrens der Arbeitsmaschine vollziehen sich in bekannter Weise.

Bei Spannungsabfall gilt eine schwächere, hier strichliert dargestellte Motorkennlinie 45. Bei Motorstart wird auch jetzt die untere Parabel 42 bis zur oberen Schaltdrehzahl im Punkte befahren. Nach Schließen der Drehschieber 12 wächst das übertragene Kuplungsdrehmoment infolge Entleerung der Kammer 6 über Punkt D auf der geschwächten Motorkennlinie bis zu Punkt E an. Damit ist infolge Motordrückung die untere Schaltdrehzahl u.S. erreicht, die Drehschieber 12 öffnen, und das Kupplungsmoment wird entlang der Linie 46 infolge Rückfüllung der Kammer 6 erniedrigt. Dadurch wird der Motor entlastet, und seine Drehzahl steigt wieder bis zur oberen Schaltdrehzahl o.S. im Punkt F an. Auf Grund der jetzt wieder einsetzenden Entleerung der Kammer 6 belastet die Kupplung den Motor erneut, so daß der beschriebene Kurvenzug F-D-E-46 periodisch befahren wird, wobei jedesmal das dem Punkt E entsprechende Kippmoment für das Losreißen der Arbeitsmaschine zur Verfügung gestellt wird, jedoch in keinem Fall eine unzulässige Drükkung des Motors auf eine Drehzahl wesentlich unterhalb des Kippunktes E erfolgen kann. Ohne diesen Entlastungseffekt würde sich ein Betriebspunkt G dauernd einstellen, der wegen seiner hohen Stromaufnahme und wegen verringertem Drehmoment unerwünscht ist.

Claims (14)

Patentansprüche: 55

1. Strömungskupplung insbesondere für Antriebe mit Elektromotor, vorzugsweise Kurzschlußläufermotoren, mit einer zur zeitweisen Aufnahme von Arbeitsflüssigkeit beim selbsttätigen Teilentleeren des Arbeitsraumes während des Betriebes dienenden Kammer, die mindestens zu einem wesentlichen Teil von mit dem Pumpenrad umlaufenden Wänden gebildet wird und vorzugsweise einen Außendurchmesser gleich dem mittleren Durchmesser der Pumpenradbeschaufelung aufweist, die ferner mindestens eine von ihrem radial äußeren Bereich zum Arbeitsraum führende und zum Entleeren der Kammer dienende Leeröffnung besitzt, sowie außerdem mit mindestens einem am Arbeitsraum angeschlossenen, dem Staudruck der dortigen Ringsirömung ausgesetzten und zum Füllen der Kammer dienenden Rücklaufkanal versehen ist, der mittels wenigstens eines fliehkraftbetätigten Ventils bei den oberen Pumpenraddrehzahlen durch die Kraft eines radialbeweglichen Fliehgewichtes geschlossen und bei den unteren Pumpenraddrehzahlen durch die Kraft einer der Fliehkraft entgegenwirkenden wenigstens mittelbar am Fliehgewicht angreifender Feder geöffnet wird, gekennzeichnet durch die Vereinigung folgender Merkmale:

a) Die Entleeröffnungen (8) sind in an sich bekannter Weise als ungesteuerte Drosselbohrungen ausgebildet;

b) die Steifigkeit der Feder (36) des Ventils (12) ist so gewählt, daß der Fliehkraftzuwachs auf Grund der Radienzunahme an dem sich radial nach außen bewegenden Fliehgewicht größer ist als der Zuwachs an Federkraft der dabei zunehmend angespannten Feder.

2. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Teil (31) des zum Absperren des Rücklaufkanals (10, 12) dienenden Ventils (12, 30-33) bezüglich des Flüssigkeitsdruckes symmetrisch, d. h. kräftemäßig ausgeglichen ist, insbesondere als durch eine Drehung des bewegten Teiles zu betätigender zylindrischer Ringschieber ausgebildet ist (Fig. 8 bis 11).

3. Strömungskupplung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Ventil (12, 30-40) exzentrisch zur Rotationsachse der Strömungskupplung angeordnet ist und mindestens einen außerhalb seines Schwerpunktes radial schwenkbar angelenkten Fliehgewichtkörpers (34) sowie eine dessen Fliehkraft entgegenwirkende Rückstellfeder (36) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstützpunkt (37) zwischen Rückstellfeder (36) und Fliehgewichtkörper (34) auf oder möglichst nahe der Wirkungslinie (38) der Fliehkraft des Fliehgewichtskörpers (34) liegt (Fig. 8).

4. Strömungskupplung nach Anspruch 3, wobei das Ventil mindestens einen Fliehgewichtkörper sowie eine dessen Fliehkraft entgegenwirkende Feder aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß bei vorhandener Relativbewegung an der Berührungsstelle (37) zwischen Feder (36) und Fliehgewichtkörper (34) zwecks Reibungsverminderung ein Wälzlager (35) vorgesehen ist (F i g. 8).

5. Strömungskupplung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Fliehgewichtskörpers (34), und zwar dessen Anlenkauge als steuernder Schieberteil (31) ausgebildet ist (Fig. 8 bis 11).

6. Strömungskupplung nach Anspruch 2, 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueröffnungen (32, 33) in dem beweglichen (31) und in dem festen Schieberteil (30) als Schlitze (33, 32) ausgebildet sind, die vorzugsweise in bezug auf die Schieberachse schräg angeordnet sind (Fig. 9 bis 11).

7. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß

zum Erzielen eines kleinen Verdrehwinkels des Drehschiebers (30-33) der Steuerquerschnitt auf möglichst viele entsprechend schmale Schlitze (32, 33) verteilt ist (Fig. 9 bis 11).

8. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Steuerkante (40) messerartig zugeschärft ist (Fig. 11).

9. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Arbeitsraum (7), in Richtung der normalen Ringströmung (14) betrachtet, vor jeder Entleeröffnung (8) je ein über die Arbeitsraumwandung vorstehendes Abweiselement (Abweisnocken 15, Sogblech 16) vorgesehen ist.

10. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsraumseitige Mündung jeder Entleeröffnung (8) in Umfangsrichtung in der Mitte zwischen zwei benachbarten Schaufeln (17) angeordnet ist (Fig. 4).

11. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung vor den Ventilen (12) feste und/oder verstellbare Leitwände (20, 22; 19) vorgesehen sind, die die Zuströmung zu den Absperrorganen beeinflussen (F i g. 5 und 2).

12. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der arbeitsraumseitigen Anschlußstelle mindestens eines Rücklaufkanals (10, 12) eine sich der der normalen Strömungsrichtung (14) entgegengesetzten Ringströmung (18) entgegen öffnende Leitfläche (19) angeordnet ist, die das Arbeitsmedium bei Schlupfumkehr vor die Mündung der Regelvorrichtung (12) leitet (F i g. 2).

13. Strömungskupplung mit einem die Kammer mit dem Arbeitsraum verbindenden Belüftungskanal nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsraumseitige Anschlußstelle (24) des Belüftungskanals (13) an der Pumpenradwandung dort angeordnet ist, wo die bei mittlerem und großem Schlupf auftretende Ringströmung (26) hinter dem Eintritt in die Pumpenradbeschaufelung (3 a) ein Ablösungsgebiet (25) ausbildet (F i g. 6).

14. Strömungskupplung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitsraumseitige Anschlußstelle (24) des Belüftungskanals (13) eine der sich bei Schlupfumkehr ausbildenden Arbeitsraumströmung (18) entgegenöffnende Leitfläche (27) aufweist, die bei der der normalen Strömungsrichtung (14) entgegengesetzten Ringströmung (18) das Arbeitsmedium teilweise rückwärts durch den Belüftungskanal (13) in die Kammer ableitet (F i g. 7).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen