DE19527292C2 - Durchschalteinrichtung für eine hydrodynamische Strömungskupplung - Google Patents
Durchschalteinrichtung für eine hydrodynamische StrömungskupplungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Durchschalteinrichtung für
hydrodynamische, eine Kraft- mit einer Arbeitsmaschine
verkoppelnde Strömungskupplungen, insbesondere für
Turbokupplungen, variabler oder konstanter Füllung, deren
Antriebswelle mittels der Durchschalteinrichtung mit ihrer
Abtriebswelle zur Erhöhung des Übertragungswirkungsgrades
verkoppelbar sind. Solche Strömungskupplungen dienen zur
Übertragung von Bewegungsenergie von einer Kraft- zu einer
Arbeitsmaschine mittels eines in der Regel fließfähigen
Betriebsmediums.
Strömungskupplungen der voranstehend genannten Art sind in
großer Zahl bekannt. Gemeinsam ist diesen Kupplungen, daß sie
jeweils mindestens ein mit der Antriebswelle verbundenes
Pumpenrad aufweisen, welches das Betriebsmedium umwälzt und auf
diese Weise ein mit der Abtriebswelle verbundenes Turbinenrad
antreibt. Der Vorteil einer derartigen Verkopplung von
Antriebs- und Abtriebswelle besteht beispielsweise darin, daß
eine Arbeitsmaschine stufenlos, abhängig von ihrer Drehrichtung
und ohne Drehmomentwandlung vom Stillstand zur Betriebsdrehzahl
angefahren werden kann. Darüber hinaus weisen hydrodynamische
Kupplungen aufgrund der nicht starren Verbindung zwischen
Antriebs- und Abtriebswelle auch bei wechselnden Belastungen
eine große Elastizität auf.
Die nicht starre Verbindung zwischen Antriebs- und
Abtriebswelle verursacht stets einen gewissen Verlust bei der
Übertragung der Antriebsleistung. Aus diesem Grund ist
vorgeschlagen worden, die Antriebs- und Abtriebswelle einer
hydrodynamischen Kupplung nach Erreichen der Betriebsdrehzahl
mittels einer Durchschalteinrichtung drehfest miteinander zu
verbinden.
Von KFZ-Wandlern und Turbokupplungen mit konstanter Füllung
sind Durchschalteinrichtungen in Form von
Überbrückungskupplungen und Schaltkupplungen bekannt. Eine
derartige Kupplung ist beispielsweise in DUBBEL, Taschenbuch
für den Maschinenbau, 15. Auflage, 1983, S. 904ff beschrieben.
Gemeinsam ist allen bekannten Durchschalteinrichtungen, daß sie
mit einem Kolben-Zylinder-Teil ausgerüstet sind, welches mit
derselben Drehzahl rotiert wie eines der sich drehenden Teile
der jeweiligen Kupplung. Bei diesem Teil handelt sich meist um
das Primärteil der Strömungskupplung. Gleichzeitig wird bei den
bekannten mit einer Durchschalteinrichtung ausgestatteten
Strömungskupplungen die Durchschalteinrichtung mit der selben
Druckflüssigkeit betätigt, mit der auch die Strömungskupplung
selbst arbeitet.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus
der US 35 37 262 ein Kraftübertragungsmechanismus bekannt, bei
dem über eine Lamellenkupplung ein Schaufeblatt der
Strömungskupplung derart mit einem Gehäuseelement verkoppelt
werden kann, daß das Schaufeblatt mit dem Gehäuse rotiert. Die
Betätigung der Lamellenkupplung erfolgt dabei hydraulisch über
eine Verbindungsbohrung, die in das Gehäuse eingeformt ist. Bei
diesem bekannten Mechanismus bildet die Lamellenkupplung keine
Durchschalteinrichtung im Sinne der Gattung der Erfindung.
Statt dessen dient die Lamellenkupplung zum Ein- und
Ausschalten der Strömungskupplung.
Eine Kupplung, bei der eine Durchschalteinrichtung verwirklicht
ist, ist aus der US 29 70 498 bekannt. Bei dieser Kupplung ist
eine Steuereinrichtung vorgesehen, welche außerhalb des
Gehäuses angeordnet ist und die Durchschalteinrichtung
betätigt. Die Kraftübertragungseinrichtung, insbesondere deren
zur Übertragung der zum Durchschalten erforderlichen Kraft
erforderlichen Teile, sind dabei drehfest mit Teilen der
Strömungskupplung verbunden. Zum Steuern der
Durchschalteinrichtung ist eine ebenfalls außerhalb des
Gehäuses angeordnete hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen,
welche über ein komplexes, im Gehäuse der Strömungskupplung
ausgebildetes Leitungssystem die Durchschalteinrichtung
betätigt.
Aus der DE-AS 11 99 549 ist eine durch Flüssigkeitsdruck
betätigte Reibungskupplung zur Überbrückung eines
hydrodynamischen Kreislaufes bekannt, bei dem das Wirksamwerden
der Kraftübertragungseinrichtung unmittelbar abhängt von der
Drehzahl der Kupplung.
Auch bei der aus der US 26 00 592 bekannten Strömungskupplung
ist eine elektromagnetisch betätigte Kupplung vorgesehen, die
dazu dient, den mit der Strömungskupplung verkoppelten Abtrieb
mit der Strömungskupplung drehfest zu verbinden bzw. von dieser
zu lösen. Eine Durchschalteinrichtung im eingangs
angegebenen Sinne ist somit auch bei der aus US 26 00 592
bekannten Vorrichtung nicht verwirklicht.
Eine Strömungskupplung, bei der eine Durchschalteinrichtung
verwirklicht ist, ist wiederum aus der DE 26 29 012 A1 bekannt.
Bei dieser Strömungskupplung ist die Durchschalteinrichtung als
Reibkupplung ausgebildet, welche über eine Druckscheibe
betätigt wird. Diese Druckscheibe wird über einen Schalthebel
gegen die Reibscheiben der Reibkupplung gedrückt, wobei die für
das Einkuppeln erforderliche Kraft mechanisch über eine nicht
weiter gezeigte Betätigungseinrichtung aufgebracht wird. Dabei
sind sämtliche Teile der Radkupplung drehfest mit der
Strömungskupplung verbunden, so daß auch die Teile, welche die
erforderliche Kupplungskraft übertragen, mit der
Strömungskupplung umlaufen.
Eine weitere Strömungskupplung ist aus DE-AS 10 52 768 bekannt.
Auch bei dieser Strömungskupplung ist eine nachgeschaltete
Reibkupplung vorgesehen, welche zum Ein- oder Abschalten des
Kraftflusses durch die Kupplung bzw. das daran angeschlossene
Getriebe dient. Die betreffende Reibkupplung dient somit
ebenfalls nicht zum Durchschalten der Strömungskupplung im
Sinne des eingangs genannten, gattungsbildenden Standes der
Technik.
Schließlich ist aus der US 31 38 964 eine Strömungskupplung mit
nachgeschalteter Lamellenkupplung bekannt. Mit dieser
Lamellenkupplung kann der Kraftfluß von der Strömungskupplung
auf nachgeschaltete Antriebszahnräder geschaltet werden.
Zusätzlich ist eine parallele Kupplung vorgesehen, die daß
Zuschalten eines weiteren Antriebsstranges ermöglicht. In
keinem Betriebszustand dieser bekannten Strömungskupplung
findet eine Überbrückung der Strömungskupplung im Sinne des
gattungsbildenen Standes der Technik statt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem in
der US 29 70 498 erläuterten Stand der Technik eine
Durchschalteinrichtung für eine Strömungskupplung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die unabhängig vom jeweiligen
Betriebszustand der Kupplung betätigt werden kann.
Die voranstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß der die Übertragungskraft erzeugende Teil der
Kraftübertragungseinrichtung der Durchschalteinrichtung von der
Drehbewegung der Strömungskupplung entkoppelt und mittels einer
außerhalb des Gehäuses angeordneten Steuereinrichtung steuerbar
ist und daß die Durchschalteinrichtung mittels eines Fluids
steuerbar ist.
Gemäß der Erfindung wird das den bekannten Strömungskupplungen
gemeinsame Prinzip der automatischen Überbrückung der
Strömungskupplung zu Gunsten einer außerhalb der
Strömungskupplung angeordneten und unabhängig vom
Betriebszustand der Strömungskupplung arbeitenden
Durchschalteinrichtung und Steuerungseinrichtung aufgegeben.
Dies ermöglicht es beispielsweise, schon dann eine drehfeste
Verbindung zwischen Antriebs- und Abtriebswelle herzustellen,
wenn die geforderte Betriebsdrehzahl zwar noch nicht erreicht,
Drehzahl- oder Belastungsschwankungen jedoch nicht mehr zu
erwarten sind. Genauso ist es möglich, die große Elastizität
der Strömungskupplung auch dann noch aufrechtzuerhalten, wenn
die Betriebsdrehzahl erreicht ist. Dabei stellt die durch ein
Fluid erfolgende Steuerung der Durchschalteinrichtung sicher,
daß die zum Überbrücken der Turbokupplung benötigten Kräfte
sicher und genau aufgebracht werden.
Kostengünstig verwirklichen läßt sich die Erfindung dadurch,
daß die Durchschalteinrichtung eine von der Drehung der
Antriebs- und Abtriebswelle entkoppelte Kraftübertragungs
einrichtung, eine Durchschaltkupplung und eine Belastungszange
umfaßt. Die Kraftübertragungseinrichtung übt in diesem Fall
über die Belastungszange eine Betätigungskraft auf die
Durchschaltkupplung aus, wobei die Belastungszange die
Kraftübertragungseinrichtung und die Durchschaltkupplung
zangenförmig derart umgreift, daß bei wirksamer
Durchschalteinrichtung keine axialen Kräfte auf die Elemente
der Strömungskupplung ausgeübt werden.
Bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung ist die
Kraftübertragungseinrichtung als Teil der Durchschalt
einrichtung drehfest angeordnet. Dies bringt eine einfache
Herstellbarkeit und eine hohe Wartungsfreundlichkeit mit sich.
Darüber hinaus ist es möglich, mit einer derart ausgestalteten
Durchschalteinrichtung große Betätigungskräfte auszuüben,
welche die sichere Übertragung hoher Drehmomente gewährleisten.
Letzteres gilt insbesondere dann, wenn die
Kraftübertragungseinrichtung als Kolben-Zylinder-Einheit
ausgebildet ist. Eine leicht herstellbare derartige Kolben-
Zylinder Einheit ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß der Zylinder der Kolben-Zylinder-Einheit als Zylindernut
und der Kolben der Kolben-Zylinder-Einheit als Ringkolben
ausgebildet ist und daß die Kolben-Zylinder-Einheit koaxial zu
der An- oder Abtriebswelle angeordnet ist. Auf diese Weise
können zur hydraulischen Steuerung der Durchschalteinrichtung
andere Fluide eingesetzt werden, als für die Kraftübertragung
zwischen Antriebs- und Abtriebswelle.
Günstig ist es auch, wenn die in der Durchschalteinrichtung
eingesetzte Durchschaltkupplung als Reibkupplung, insbesondere
als Lamellenkupplung, ausgebildet ist. Bei Verwendung
derartiger Kupplungen zur Überbrückung der Strömungskupplung
ist es leicht möglich, die Durchschalteinrichtung in
ausreichender Weise entsprechend den an sie gestellten
Anforderungen zu dimensionieren.
Die Verwendung von Reibkupplungen ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn die Kraftübertragungseinrichtung auf ihrer
der Durchschaltkupplung abgewandten Seite auf die koaxial zu
der An- oder Antriebswelle angeordnete und koaxial zu dieser
verschiebbare Belastungszange einwirkt, welche auf die von der
Kraftübertragungseinrichtung abgewandte Seite der
Durchschaltkupplung drückt. Die Belastungszange ist somit
zangenförmig aufgebaut. Wenn zusätzlich der Zylinderkörper der
Kraftübertragungseinrichtung axial verschiebbar im Gehäuse der
Durchschalteinrichtung angeordnet ist, kann insbesondere bei
Verwendung von Lamellenkupplungen die Reibflächenzahl
problemlos an das zu übertragende Drehmoment angepaßt werden.
In vielen Anwendungsfällen wird es günstig sein, wenn die
Steuereinrichtung die Durchschalteinrichtung in Abhängigkeit
von Drehzahlen verschiedener, hinsichtlich der Drehzahl zu
synchronisierender Abtriebs- oder Antriebswellen steuert. Auf
diese Weise ist es möglich die Drehzahl einzelner Wellen, die
gemeinsam eine Arbeitsmaschine, beispielsweise ein Förderband
oder eine Strebförderkette, antreiben, miteinander zu
synchronisieren.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von einer ein
Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1, eine Durchschalteinrichtung mit einer
Strömungskupplung im Längsschnitt;
Fig. 2, einen Ausschnitt A der Fig. 1 in
vergrößerter Ansicht.
Die in Fig. 1 gezeigte Strömungskupplung 1 weist ein
Kupplungsgehäuse 2 auf, in dessen eine Kupplungsflanschöffnung
3 ein Antriebsflansch 4 eingesetzt ist. Durch eine mittig
angeordnete Öffnung des Antriebsflansch 4 ist eine
Antriebswelle 5 in das Gehäuse 2 geführt.
Die Antriebswelle 5 ist drehfest mit der ersten Hälfte 6a eines
Pumpenrades 6 verbunden. Die zweite Hälfte 6b des Pumpenrades 6
ist spiegelsymetrisch zu der ersten Hälfte 6a ausgebildet und
drehfest mit dieser verbunden.
In die zweiten Kupplungsflanschöffnung 7 des Kupplungsgehäuses
2 ist der Flansch 8 einer Durchschalteinrichtung D eingesetzt.
Durch diesen Flansch 8 der Durchschalteinrichtung D ist eine
Abtriebswelle 9 aus dem Kupplungsgehäuse 2 geführt. Die
Abtriebswelle 9 ist im Inneren des Gehäuses 2 mit einem
Turbinenrad 10 drehfest verbunden, dessen beiden Hälften 10a, b
jeweils einer der Hälften 6a, b des Pumpenrades 6 zugeordnet
sind.
Koaxial zur Abtriebswelle 9 angeordnet ist eine als Kolben-
Zylinder Einheit ausgebildete Kraftübertragungseinrichtung 11.
Die Kraftübertragungseinrichtung 11 ist wie der Flansch 8 Teil
der Durchschalteinrichtung D. Gesteuert wird die
Durchschalteinrichtung D durch eine nicht gezeigte, außerhalb
des Kupplungsgehäuses 2 angeordnete Steuereinrichtung.
Die Kraftübertragungseinrichtung 11 weist einen ringförmigen
Zylinderkörper 12 auf, welcher in der Durchgangsöffnung des
Flansches 8 mittels einer Verstellvorrichtung 12a koaxial zur
Abtriebswelle 9 verschiebbar ist. In den Zylinderkörper 12 ist
eine ringförmig umlaufende Zylindernut 13 eingeformt, in der
ein Ringkolben 14 verschiebbar eingesetzt ist. Die Zylindernut
13 ist über Steuerleitungen 15 an die nicht gezeigte
Steuereinrichtung angeschlossen.
Der Ringkolben 14 ist über ein erstes Axiallager 16 an einer
ersten, radial nach außen gerichteten Zangenschulter 17
abgestützt, die am Ende einer nach Art einer Hülse
ausgebildeten, koaxial zu der Abtriebswelle 9 angeordneten und
koaxial zu dieser verschiebbaren Belastungszange 18 ausgebildet
ist. Über ein Vielzahnprofil 19 ist die Belastungszange 18
drehfest mit der Abtriebswelle 9 verbunden.
Am anderen, dem Inneren des Gehäuses 2 zugeordnete Ende der
Belastungszange 18 ist eine zweite ebenfalls radial nach außen
gerichtete Zangenschulter 20 ausgebildet, die auf das dem
Innern des Kupplungsgehäuses 2 zugeordnete Ende einer zwischen
der Zangenschulter 20 und dem Zylinderkörper 12 angeordneten,
als Lamellenkupplung ausgebildete Durchschaltkupplung 21
einwirkt.
Die Durchschaltkupplung 21 ist mit ihrem anderen Ende über ein
zweites Axiallager 22 an dem Zylinderkörper 12 abgestützt. Die
Innenlamellen der Durchschaltkupplung 21 sind mit der
Belastungszange 18 drehfest verbunden, während die
Außenlamellen der Durchschaltkupplung 21 drehfest mit einer an
die zweite Hälfte 6b des Pumpenrades 6 angeformte
Pumpenradlagerschale 23 verbunden sind.
Die voranstehend erläuterte Strömungskupplung 1 arbeitet wie
folgt:
Über das mit der Antriebswelle 5 verbundene Pumpenrad 6 wird
das von einer nicht gezeigten Kraftmaschine erzeugte Drehmoment
in Strömungsenergie des in dem Gehäuse 2 enthaltenen
Betriebsmediums, beispielsweise Wasser, umgewandelt. Diese
Strömungsenergie des Betriebsmediums wird über das Turbinenrad
10 in mechanische Energie zurückgewandelt. Dabei überträgt die
Strömungskupplung 1 die über die Antriebswelle 5 eingeleitete
Energie bei wirkungsloser Durchschaltkupplung 21 mit einem
typischen Wirkungsgrad von 0,95 bis 0,97 auf die
Abtriebswelle 9.
Zum Betätigen der Durchschalteinrichtung D wird von der nicht
gezeigten Steuereinrichtung ein Fluid, beispielsweise
Hydraulik-Öl, über die Steuerleitungen 15 in die Zylindernut 13
gefüllt. Die damit einhergehende Druckerhöhung innerhalb der
Zylindernut 13 bewirkt ein Ausrücken des Ringkolbens 14 aus der
Zylindernut 13. Durch dieses Ausrücken des Ringkolbens 14 wird
die Betätigungszange 18 auf der Abtriebswelle 9 und koaxial zu
dieser in Ausrückrichtung des Ringkolbens 14 verschoben. Durch
diese Verschiebung werden die Lamellen der Durchschalt
kupplung 21 zwischen der zweiten Zangenschulter 20 und dem
zweiten Axiallager 22 eingespannt. Sobald auf diese Weise eine
ausreichende Kupplungskraft auf die Durchschaltkupplung 21
ausgeübt wird, ist die Antriebswelle 5 über das Pumpenrad 6,
die Durchschaltkupplung 21, die Belastungszange 18 und die
Längsverzahnung 19 drehfest mit der Abtriebswelle 9 verbunden.
Dabei werden dadurch, daß die Belastungszange 18 die
Kraftübertragungseinrichtung 11 und die Durchschaltkupplung 21
zangenartig umgreift, keine axialen Kräfte auf die Elemente der
Strömungskupplung 1 ausgeübt.
Bei Verminderung des Drucks in der Zylindernut 13 wird die
Durchschaltkupplung 21 entlastet, so daß die drehfeste
Verbindung zwischen der Antriebs- 5 und der Abtriebswelle 9
wieder gelöst wird.
Die externe Ansteuerbarkeit der Kraftübertragungseinrichtung 11
ermöglicht es, auch nach Erreichen der Betriebsdrehzahl die
Durchschaltkupplung 21 außer Funktion zu setzen, um die
Elastizität der Strömungskupplung 1 beispielsweise zum
Synchronisieren verschiedener gemeinsam eine Arbeitsmaschine
antreibender Wellen zu nutzen.
Claims (7)
1. Durchschalteinrichtung für hydrodynamische, eine
Kraft- mit einer Arbeitsmaschine verkoppelnde
Strömungskupplungen (1), insbesondere für
Turbokupplungen, variabler oder konstanter Füllung,
deren Antriebswelle (5) mittels der eine
Kraftübertragungseinrichtung (11) aufweisenden
Durchschalteinrichtung (D) mit ihrer Abtriebswelle
(8) zur Erhöhung des Übertragungswirkungsgrades
verkoppelbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß der die
Übertragungskraft erzeugende Teil (12, 13, 15) der
Kraftübertragungseinrichtung (11) der
Durchschalteinrichtung (D) von der Drehbewegung der
Strömungskupplung (1) entkoppelt und mittels einer
außerhalb des Gehäuses (2) angeordneten
Steuereinrichtung steuerbar ist und daß die
Durchschalteinrichtung mittels eines Fluids steuerbar
ist.
2. Strömungskupplung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Durchschalteinrichtung (D) eine Durchschaltkupplung
(21) und eine Belastungszange (18) umfaßt, und daß
die Belastungszange (18) die Durchschaltkupplung (21)
und die Kraftübertragungseinrichtung (11)
zangenförmig derart umfaßt, daß bei wirksamer
Durchschalteinrichtung (D) keine Kräfte in axialer
Richtung auf die Elemente der Strömungskupplung (1)
wirken.
3. Strömungskupplung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kraftübertragungseinrichtung (11) als Kolben-
Zylinder Einheit ausgebildet ist.
4. Strömungskupplung nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Zylinder der
Kraftübertragungseinrichtung (11) als Zylindernut
(13) und der Kolben der Kraftübertragungseinrichtung
(11) als Ringkolben (14) ausgebildet ist und daß die
Kraftübertragungseinrichtung (11) koaxial zu der An-
oder Abtriebswelle (5, 8) angeordnet ist.
5. Strömungskupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, .
dadurch gekennzeichnet, daß
die Durchschaltkupplung (21) als Reibkupplung,
insbesondere als Lamellenkupplung, ausgebildet ist.
6. Strömungskupplung nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Steuereinrichtung die Durchschalteinrichtung (D) in
Abhängigkeit von Drehzahlen verschiedener,
hinsichtlich der Drehzahl zu synchronisierender
Abtriebs- oder Antriebswellen steuert.
7. Strömungskupplung nach einem der voranstehenden
Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Fluid,
über welches die Durchschalteinrichtung steuerbar
ist, sich von dem Betriebsmedium der
Strömungskupplung unterscheidet.
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