DE29700988U1 - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

G 05534GM / 297 OO 988.5 / Voith Turbo GmbH & Co. KG / ak/sp00176 /13. Mai 1997

Hydrodynamische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1. 5

Hydrodynamische Kupplungen zur Drehmomentenübertragung sind in einer Vielzahl von Ausführungen, beispielsweise wie in den Druckschriften 1.) CR 252

2.) J.M. Voith GmbH: "Hydrodynamik in der Antriebstechnik"; Vereinigte Fachverlage Krauskopf Ingenieur Digest; Mainz 1987 beschrieben, bekannt. Derartige Kupplungen umfassen wenigstens zwei koaxial zueinander angeordnete Schaufelräder - ein Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad, welche miteinander wenigstens einen torusförmigen Arbeitsraum bilden. Das Primärschaufelrad fungiert dabei als Pumpenrad und das Sekundärschaufelrad als Turbinenrad. Das Primärschaufelrad ist mit einer wenigstens mittelbar mit einer Antriebsmaschine koppelbaren Antriebswelle drehfest verbindbar. Das Sekundärschaufelrad ist mit einer wenigstens mittelbar mit einer anzutreibenden Maschine koppelbaren Abtriebswelle . drehfest verbindbar. Zur Übertragung von Drehmoment sind die Arbeitsräume mit Betriebsmittel befüllbar. Das Betriebsmittel wird aufgrund der Primärschaufelradrotation während des Betriebes der Kupplung umgewälzt und erzeugt an der Beschaufelung des Sekundärschaufelrades ein Reaktionsmoment. Dieser Kreislauf an Betriebsmittel zwischen Primär- und Sekundärchaufelrad wird auch als Arbeitskreislauf bezeichnet. Dabei wird jedoch nicht die gesamte Strömungsenergie in Reaktionsmoment umgewandelt, sondern nur ein Teil, während der restliche Anteil in Wärme umgesetzt wird. Die Kühlung des Betriebsmittels während des Betriebes der Kupplung kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. Denkbar

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ist ein, dem Arbeitskreislauf zugeordneter Kühlkreislauf, über welchen während des Betriebes fortlaufend ein Teil des Betriebsmittels geführt wird. Beispielsweise kann dazu das erwärmte Betriebsmittel über entsprechende Öffnungen in den Schaufelrädern und über Düsen in eine mit der Drehzahl des Primärschaufelrades rotierende Pumpschale gelangen. Dort wird das Betriebsmittel von einem gegen die Drehrichtung stehenden Staurohr aufgenommen. Das Staurohr greift in Einbaulage oberhalb der Kupplungsachse in die Pumpschale ein. Aufgrund der Druckverhältnisse reicht die Strömungsenergie des Betriebsmittels, welches über das Staurohr aufgenommen wird, aus, um es ohne zusätzliche Hilfsmittel über eine Kühleinrichtung, einen Kühler oder einen Wärmetauscher der Kupplung wieder zuzuführen. Zu diesem Zweck ist dem Arbeitskreislauf während des Betriebes ein geschlossener Kühlmittelkreislauf zugeordnet. Im stationären Zustand befindet sich immer eine konstante Menge Betriebsmittel in der Kupplung und im Kühlkreislauf. Diesem Kreislauf wird keine Flüssigkeit zugeführt oder entnommen. Eine Erhöhung oder Verminderung der Drehzahl der Arbeitsmaschine wird erzielt, indem der Kupplung Betriebsmittel zugeführt oder entnommen wird. Zu diesem Zweck sind den Arbeitsräumen des weiteren eine Zulaufleitung oder -kanal und ein Ablauf bzw. eine Ablaufleitung- oder Kanal zum Zweck des Befüllens und Entleerens zugeordnet. Die Zu-_;und die Ablaufleitung sind mit einer externen Betriebsmittelversorgungsanlage, beispielsweise in Form eines Betriebsmitteltanks, gekoppelt. Die Zuordnung der Zu- und Ablaufleitungen zu den Arbeitsräumen kann separat vom Kühlkreislauf oder aber unter Nutzung der Leitungen bzw. Kanäle des Kühlkreislaufes erfolgen.

Andere Möglichkeiten des Austausches oder der Kühlung des im Arbeitsraum befindlichen Betriebsmittels sind denkbar, beispielsweise die volumetrische Kühlung, d.h. der Austausch des Betriebsmittels im Arbeitskreislauf durch gleichzeitige Entnahme einer bestimmten Menge an erwärmten Betriebsmittel

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und Einspeisung von Betriebsmittel geringerer Temperatur in der entsprechenden Menge.

Ein wesentliches Problem hydrodynamischer Kupplungen besteht darin, daß je nach Einsatzzweck bei Inbetriebnahme bzw. Aktivierung aufgrund der Rotation der Läuferteile der Kupplung in einem Gehäuse die Gefahr besteht, die Kupplung nicht exakt zu be- sondern zu überfüllen, da ein bestimmter Füllungsgrad nur sehr schwer genau eingehalten werden kann. In diesem Fall sind dann durch zusätzliche Panschverluste zwischen den Läuferteilen selber, d.h. den einzelnen Schaufelrädern, und dem Gehäuse und den Läuferteilen eine Verschlechterung des Wirkungsgrades und eine zunehmende Undichtheit an den einzelnen Labyrinthen, d.h. den Betriebsmittelführungsleitungen, zu verzeichnen. Eine Lösung, welche zur Vermeidung dieser Nachteile eine zusätzliche Entleerleitung vom Gehäuse zum Tank vorsieht, ist nicht wünschenswert. Zur Vermeidung des Überfüllens wird daher die Zulaufleitung bzw. die Stelleinrichtung zur Steuerung des Zulaufes über ein Füllsignal angesteuert. Als Füllsignal fungiert dabei beispielsweise der Druck in der Ablaufleitung. Dieser wird über eine Einrichtung zur Erfassung des aktuellen Druckwertes in der Ablaufleitung aus dem Arbeitsraum gemessen. Über einen Druckschalter wird bei Überschreitung eines bestimmten Druckes die Anlage elektrisch verriegelt, so daß eine Zufuhr von weiterem Betriebsmittel verhindert wird. Das Problem bei einer derartigen Lösung besteht jedoch darin, daß dieses Signal zum einen aufgrund der unterschiedlicher Randbedingungen sehr ungenau ist und des weiteren oftmals nicht ausreicht, um ein Überfüllen der Kupplung zu verhindern. Der Druckschalter selbst muß dazu bei Inbetriebnahme immer sehr exakt eingestellt werden und ist zudem den Druckspitzen durch das geöffnete Füllventil in der Zulaufleitung ausgesetzt. Zur Verdeutlichung dieser Problematik: Im Einzelnen wird mit der Einrichtung zur Erfassung des Druckes während einer Zeitdauer vom unbefüllten Zustand der Kupplung bis zur maximalen Befüllung der Kupplung fortlaufend ein bestimmter Druckwert in

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der Ablaufleitung ermittelt. Dieser Druckwert nimmt stetig zu. Eine deutliche Anstiegsänderung in einer Kennlinie für den Druck in Abhängigkeit der Kupplungsfüllung erfolgt erst im Bereich einer Überfüllung, d.h. einer Kupplungsfüllung > 100 %. Jeder Druckwert ist somit proportional zu einem bestimmten Füllungsgrad. Zur Ermittlung einer Vollfüllung muß daher ein entsprechender Druckwert erfaßt werden. Toleranzen können in die Ermittlung mit eingearbeitet werden. Es verbleibt somit nur ein geringer Druckbereich, in welchem auf eine Überfüllung geschlossen werden kann. Innerhalb dieses begrenzten Druckbereiches ist eine Ansteuerung des Druckschalters notwendig. Da der ermittelte Druckwert in der Leitung jedoch noch durch eine Reihe weiterer Randfaktoren beeinflußt werden kann, entspricht häufig der erfaßte Druckwert nicht dem entsprechend dem theoretisch zugeordneten Füllungsgrad. Ein frühzeitiger Abbruch der Befüllung bei einem Befüllungsgrad < 100% oder Überfüllungen sind dann die Folge.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer hydrodynamischen Kupplung derart weiterzuentwickeln, daß die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Im Einzelnen ist ein wirksamer, für unterschiedliche Einbaubedingungen geeigneter und schnell ansprechbarer Schutz gegenüber Überfüllung zu realisieren. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich durch einen geringen konstruktiven und Steuer- bzw. regelungstechnischen Aufwand auszeichnen. Die konstruktive Ausführung zur Realisierung des Überfüllschutzes sollte des weiteren sehr störunanfällig sein und einen maximal zulässigen Füllungsgrad, welcher dem allgemein maximal zulässigen oder einem frei definierbaren Füllungsgrad entsprechen kann, möglichst genau und sehr schnell erfassen sowie darauf reagieren können.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet.

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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird eine hydrodynamische Kupplung, umfassend wenigstens zwei Schaufelräder, ein Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad, die miteinander wenigstens einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, derart betrieben, daß nur noch zwei Füllungsgradzustände - ein erster Füllungsgradzustand, welcher den Zustand der Nichtfüllung und der Teilfüllung umfaßt, und ein zweiter Füllungsgradzustand, der den maximal zulässigen Füllungsgrad beschreibt, unterschieden werden, wobei dem ersten Füllungsgradzustand ein bestimmter erster, sehr geringer erster Druckwert zugeordnet ist und dem zweiten Füllungsgradzustand ein zweiter, gegenüber dem ersten Druckwert erhöhter Druck. Der Arbeitsraum wird dazu mit einem Stauraum gekoppelt. In einem bestimmten Verhältnis zum Füllungsgrad der Kupplung gelangt das Betriebsmittel vom Arbeitsraum in den Stauraum. Im Stauraum wird der Betriebsmittelstand über eine Staudruckerzeugungseinrichtung abgegriffen. Diese ist wenigstens mittelbar mit einer Einrichtung zur Beeinflussung der Zulaufmenge zum Arbeitsraum, im allgemeinen einer Stelleinrichtung einer Ventileinrichtung gekoppelt. Die Staudruckerzeugungseinrichtung arbeitet sozusagen nach dem Schwarz-Weiß-Prinzip. In einem ersten Füllungsgradzustand wird kein oder nur ein sehr geringer, im wesentlichen konstanter Druck erzeugt und in einem zweiten Füllungsgradzustand ein gegenüber dem ersten Füllungsgradzustand wesentlich erhöhter Druck. Erst bei Auftreten des erhöhten Druckes wird die Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Beeinflussung der Zulaufmenge, im allgemeinen ein Stellgleid einer der Zulaufleitung zugeordneten Ventileinrichtung angesteuert und die Betriebsmittelzufuhr reduziert oder unterbrochen. Erfindungsgemäß wird somit jeweils nur den Betriebszuständen Nicht- oder Teilfüllung und Vollfüllung ein entsprechendes Drucksignal zugeordnet. Wichtig dabei ist, daß beim Übergang vom einen in den anderen Zustand ein ausgeprägter Signalsprung

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erzeugt wird, welcher sicher erkennbar ist. Dadurch wird erreicht, daß -unabhängig von zusätzlichen Störgrößen bei der Betriebsmittelzufuhr, ein Überfüllen sicher erkennbar ist. Insbesondere ist dieses System nicht anfällig gegenüber Druckstößen durch das der Beeinflussung der Zulaufmenge dienende Füllventil. Eine exakte Einstellung des Druckschalters bei Inbetriebnahme kann entfallen. Eine Optimierung des Systems erübrigt sich. Das Verfahren zeichnet sich durch eine einfach realisierbare und genaue Ermittlung einer Überschreitung eines maximalen Fullungsgrades mittels einer sogenannten Schwarz-Weiß-Erkennung aus.

In der Regel wird der maximal zulässige Füllungsgrad dem tatsächlichen, maximal zulässigen Füllungsgrad entsprechen. Dieser beträgt im allgemeinen 100%. Denkbar ist es jedoch auch, den maximal zulässigen Füllungsgrad derart zu definieren, daß dieser einem bestimmten, für den konkreten Einsatzzweck vorbestimmbaren einzuhaltenden Füllungsgrad entspricht.

Dieser einzuhaltende Füllungsgrad kann durch jede beliebige Teilfüllung bezogen auf den maximal zulässigen Füllungsgrad beschrieben werden.

Vorrichtungsmäßig wird dem eigentlichen Arbeitsraum eine Fangrinne zugeordnet, welche einen Stauraum bildet, der mit dem Arbeitsraum wenigstens mittelbar zum Zwecke der Betriebsmittelversorgung gekoppelt ist. Die Fangrinne ist auf einem Durchmesser angeordnet, welcher im Betrieb der hydrodynamischen Kupplung, wenigstens eine Befüllung des Stauraumes ermöglicht, die proportional zum Füllungsgrad Vollfüllung der hydrodynamischen Kupplung ist. In diesen, mit dem Arbeitsraum kommunizierenden, durch die Fangrinne gebildeten Stauraum, wird eine Staudruckerzeugungseinrichtung, vorzugsweise in Form eines Staudruckrohres zum Zwecke des Abtastens der Füllstandshöhe im Stauraum eingeführt. Die Staudruckerzeugungseinrichtung ist gegenüber dem Stauraum derart angeordnet, daß diese bzw. bei einem Staudruckrohr dessen Öffnung bei nicht- oder nur teilbefüllter Kupplung über bzw. außerhalb dem

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Betriebsmittelfüllstand im Stauraum liegt, so daß diese bei diesem Füllungsgradzustand nicht befüllt wird. In diesem Fall wird kein Betriebsmittel über das Staudruckrohr abgeführt und somit wird auch kein Drucksignal erzeugt. Sobald jedoch der Füllungsgrad der Kupplung den maximal zulässigen Füllungsgrad, d.h. in der Regel die Vollfüllung erreicht, füllt sich auch der Stauraum derart an, daß die Staudruckerzeugungseinrichtung, insbesondere das Staudruckrohr mit seiner Öffnung in das Betriebsmittel hineinragt, Betriebsmittel aufnimmt und somit einen dynamischen Staudruck von p_dyn = (&rgr;/2)&khgr;&ngr;² erzeugt.

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Erfindungswesentlich dabei ist, daß das Staudruckrohr derart im Stauraum angeordnet ist, daß dieses erst bei einem Betriebsmittelpiegel im Stauraum, welcher proportional zum maximalen Füllungsgrad der Kupplung ist, einen hohen dynamischen Staudruck erzeugt. Während der vorherigen Füllungsgradzustände, welche einer Nicht- oder Teilbefüllung entsprechen, ragt die Öffnung des Staudruckrohres in einen von Betriebsmittel freien Raum des Stauraumes hinein. In diesem Zustand wird kein Druck oder nur ein sehr geringer Druck über die Staudruckerzeugungseinrichtung erzeugt. Dieser geringe Druck entspricht beispielsweise dem Druck, welcher sich in einem, in der Atmoshäre befindlichen unbefüllten und geöffneten Rohr einstellt.

Da in einem Bereich zwischen unbefüllten Zustand der hydrodynamischen Kupplung und dem maximalen Füllungsgrad kein Drucksignal bzw. nur ein sehr geringer Druck erzeugt wird, und erst im Zustand des maximalen Füllungsgrades ein dynamischer Staudruck von P^_n = (&rgr;/2)&khgr;&ngr;² erzeugt wird, ist der Zustand des maximalen Füllungsgrades der hydrodynamischen Kupplung leicht und ohne Fehlereinflüsse sofort erkennbar, denn es werden nur die beiden Füllungsgradzustände unterschieden, die sich durch eine starke Druckänderung in Form einer Druckerhöhung unterscheiden. Dieser bzw. das daraus bildbare Drucksignal kann dann zur direkten Ansteuerung einer Stelleinrichtung einer Einrichtung zur wenigstens mittelbaren Beeinflussung der Durchflußmenge im Zulauf zum Arbeitsraum der

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hydrodynamischen Kupplung, im Einzelnen des Stellgliedes einer Ventileinrichtung, genutzt werden.

Der maximale Füllungsgrad kann einem tatsächlich maximal zulässigen Füllungsgrad, im allgemeinen von 100%, entsprechen. Es ist jedoch auch denkbar, den maximalen Füllungsgrad als einen für einen konkreten Anwendungsfall einzuhaltenden Füllungsgrad zu definieren. Der maximale Füllungsgrad, der dem festlegbar einzuhaltenden Füllungsgrad entspricht, ist dann durch jeden Füllungsgrad kleiner dem tatsächlich maximal zulässigen Fullungsgrad definierbar.

Die Definition des einzuhaltenden Füllungsgrades kann durch Einstellung der Position der Staudruckerzeugungseinrichtung, insbesondere der Öffnung zur Aufnahme des Betriebsmittels im Stauraum erfolgen. Diese kann durch Verfahren in senkrechter Richtung, d.h. in Einbaulage durch Verfahren in radialer und in Umfangsrichtung im Stauraum oder Verschwenken verändert werden. Als Stellbereich kann dafür der gesamte Umfangsbereich angesehen werden. Die Änderung der Position kann dabei für einen konkreten Einsatzfall fest einstellbar oder aber zusätzlich während des Betriebs anpaßbar erfolgen.

Dies bietet den Vorteil, daß mit einem Überfüllschutz verschiedene Anwendungsfälle einer hydrodynamischen Kupplung bestimmter Bauart und Größe durch aktive Anpaßbarkeit an sich ändernde Anforderungen abgedeckt werden können.

Eine vorteilhafte Ausführung besteht darin, auf eine separate Fangrinne zu verzichten und die Betriebsmittelfangrinne zu nutzen. Dies bietet den Vorteil, daß auf bereits vorhandene Bauteile zurückgegriffen werden kann. Bei Anordnung des Staudruckrohres in der Betriebsmittelfangrinne bzw. bei Hineinragen des Staurohrendes in die Betriebsmittelfang rinne, wobei das Staudruckrohr in einem separaten Befüllsegment, welches der Betriebsmittelfangrinne vorgeordnet ist, wird die Erkenntnis genutzt, daß ein

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Ablaufen aus der Betriebsmittelfangrinne nur solange erfolgt, bis die maximale Füllung, d.h. der Zustand der Vollfüllung noch nicht erreicht ist.

Für die Ausgestaltung des Stauraumes, der im wesentlichen durch die Fangrinne bestimmt wird, und der Zuordnung der Fangrinne zum Arbeitskreislauf ergeben sich eine Vielzahl von Möglichkeiten. Die Fangrinne kann als separates Bauteil, welches mit den entsprechenden Läuferteilen zur Zuordnung zum Arbeitsraum lösbar verbindbar ist, ausgeführt sein. Vorzugsweise wird jedoch die Fangrinne mit einem Schaufelrad als bauliche Einheit, d.h. in einem Stück gefertigt.

Die Staudruckerzeugungseinrichtung, welche vorzugsweise als Staudruckrohr ausgeführt ist, weist ein, einen Öffnungsbereich tragenden Teil auf. Dieser Teil ist vorzugsweise im wesentlichen parallel gegenüber dem sich im Stauraum einstellenden Betriebsmittelspiegel angeordnet. Eine Anordnung geneigt oder senkrecht dazu ist ebenfalls denkbar. Der Öffnungsbereich erstreckt sich wenigstens zum Teil senkrecht zur radialen Richtung und in Umfangsrichtung, wobei die Drehrichtung zu berücksichtigen ist. Vorzugsweise weist der Öffnungsbereich vollständig in Umfangsrichtung und ist im wesentlichen senkrecht zu dieser angeordnet.

Die erfindungsgemäße Lösung ist bei jeglicher Art von hydrodynamischen Kupplungen mit variabler Füllung einsetzbar. Die Kupplungen können als Einkreislaufkupplungen, welche ein Primär- und ein Sekundärschaufelrad aufweisen, die miteinander einen torusförmigen Arbeitsraum bilden, oder auch als Mehrkreislaufkupplungen, bei welchem eine Mehrzahl von Primär- und Sekundärschaufelrädern eine Vielzahl von Arbeitsräumen bilden, ausgeführt sein. Im erstgenannten Fall kann die Fangrinne sowohl dem Primär- als auch dem Sekundärschaufelrad oder einer Schale zugeordnet werden. Im letztgenannten Fall ist lediglich eine Zuordnung zu einem der Schaufelräder,

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im allgemeinem dem außenangeordneten Schaufelrädern aufgrund konstruktiver Gegebenheiten möglich.

Die Kopplung zwischen Stauraum und Arbeitsraum kann vielseitig ausgeführt sein. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung zwischen dem Innenraum der Fangrinne und dem Arbeitsraum über wenigstens eine im Schaufelrad eingearbeitete Durchgangsöffnung. Die Durchgangsöffnung ermöglicht einen Übertritt von Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum in den Stauraum. Die Gestaltung der Durchgangsöffnung kann unterschiedlich ausgeführt sein. Dürchgangsöffnungen in Form von Durchgangsbohrungen oder Langlöchern, welche jeweils auf einem bestimmten Durchmesser des Schaufelrades angeordnet sind, sind denkbar. Vorzugsweise werden eine Vielzahl von Öffnungen auf einem Durchmesser in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. Eine Anordnung auf unterschiedlichen Durchmessern und/oder eine Kombination der einzelnen Arten von Durchgangsöffnungen ist ebenfalls denkbar.

Die Durchgangsöffnungen können zwischen den einzelnen Schaufeln im Schaufelgrund oder aber in einem radial innerhalb des Schaufelrades liegenden Bereich, welcher frei von der Beschaufelung ist, angeordnet sein.

Je nach Ausführung der Durchgangsöffnung kann die Füllung auch abhängig von der Drehzahldifferenz, d.h. dem Schlupf zwischen dem Primär- und dem Sekundärrad, sein, so daß auch eine zeitliche kurze Überbrückung des Drucksignales erforderlich werden kann.

Vorzugsweise ist der die Öffnung tragendeTeil des Staudruckrohres im wesentlichen parallel zum Betriebsmittelspiegel im Stauraum angeordnet. Die Öffnung selbst kann senkrecht oder geneigt zum Betriebsmittelspiegel ausgeführt sein. Eine Unabhängigkeit von der Drehrichtung wird durch das Vorsehen von wenigstens zwei, bezüglich der Ausrichtung des eine Öffnung

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tragenden Teiles eines Staudruckrohres entgegengesetzt gerichteten Staudruckrohren, welche beispielsweise durch ein Rückschlagventil miteinander gekoppelt sein können, erzielt. Eine andere Ausführungsform sieht zwei Staudruckrohre vor, die jeweils mit einem separaten Druckschalter miteinander gekoppelt sind. Die Staudruckrohre tauchen derart in den durch die Fangrinne und die äußeren Abmessungen des Schaufelrades, welchem die Fangrinne zugeordnet ist, bestimmten Stauraum ein, daß es bei einem maximalen Füllungsgrad einen Staudruck durch Eintauchen des Staudruckrohres in das Betriebsmittel in der Fangrinne erzeugt. Dieser maximale Füllungsgrad muß nicht unbedingt der Vollfüllung entsprechen. Ein beliebiger Füllungsgrad, welcher als maximaler Füllungsgrad definiert wird, ist ebenfalls denkbar. Dieser maximale Füllungsgrad kann entsprechend des Einsatzfalles der hydrodynamischen Kupplung definiert werden. Das Staudruckrohr kann zu diesem Zweck verstellbar ausgeführt sein, so daß die Eintauchhöhe in das Betriebsmittel in der Fangrinne variierbar ist. Dies bietet den Vorteil der Realisierung einer einfachen Anpassungsmöglichkeit des " Überfüllschutzes an unterschiedliche Anforderungen.

Eine Ausführung des die Öffnung tragenden Bauteiles in radialer Richtung ist ebenfalls denkbar.

Die Fangrinne kann, wie bereits ausgeführt, als separate Rinne am Kupplungsläufer ausgeführt sein, des weiteren besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Betriebsmitteleinfuhrrinne, d.h. die zum Zweck des Zulaufes zum Arbeitsraum mit der Zulaufleitung gekoppelte Rinne zu nutzen. Im letztgenannten Fall sind dazu keine weiteren konstruktiven Maßnahmen an den Schaufelrädern der hydrodynamischen Kupplung vorzunehmen, sondern es besteht die Möglichkeit, auf bereits vorhandene Einrichtungen zurückzugreifen.

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Das mittels dem Staudruckrohr erzeugte Drucksignal, welches zur Ansteuerung der Stellgliedes einer Einrichtung zur Beeinflussung des Füllungsgrades, insbesondere einer Einrichtung zur Steuerung der Zulaufmenge zum Arbeitsraum genutzt wird, kann in einer übergeordneten Steuer- bzw. Regeleinrichtung verarbeitet werden. Eine andere Möglichkeit

besteht in der direkten Ansteuerung des Stellgliedes über die Einrichtung zur Erfassung einer den Füllungsgrad der Kupplung wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe. Die Stelleinrichtung wird dahingehend wirksam, daß entweder die Befüllung unterbrochen oder aber reduziert wird. Da im ~ 10 Regelfall das Drucksignal nicht direkt an der Stelleinrichtung wirksam wird, ist

zwischen der Einrichtung zur Erfassung des Füllungsgrades eine Umwandlungseinrichtung zur Umwandlung des Drucksignales in ein elektrisches Steuersignal erforderlich. Vorzugsweise ist dazu ein Druckschalter vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Lösung zur Realsierung eines Überfüllschutzes ist bei jeglicher Art von hydrodynamischen Kupplungen anwendbar. Vorzugsweise erfolgt die Anwendung bei hydrodynamischen Kupplungen, deren Arbeitsräume auch während des Betriebes der Kupplung entleerbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe ist nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im übrigen folgendes dargestellt:

Figuren 1a und 1b zeigen eine erfindungsgemäße Ausführung einer

hydrodynamischen Kupplung mit Überfüllschutz am

Beispiel einer Kupplung mit zwei Arbeitskreisläufen und ein Diagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des Überfüllschutzes;

Figuren 2a und 2b verdeutlichen anhand einer Ausführung aus dem

Stand der Technik und einem Diagramm die

Problematik der Verwendung eines im Kreislauf

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Figuren 3a und 3b Figuren 4a bis 4b

Figuren 5a und 5b Figuren 6a und 6b

erfaßten Druckwertes zur Ansteuerung des Füllventiles;

verdeutlicht erfindungsgemäße Ausführungen einer Fangrinne-Staudruckrohr-Anordnung; verdeutlichen konkrete Ausführungen erfindungsgemäß gestalteter Fangrinne-Staudruckrohr-Anordnungen;
verdeutlichen eine Ausführung des Anschlusses von Leitungen an das Staudruckrohr; verdeutlichen Ausführungen zur
Druckwerteerfassung im Bereich der Betriebsmittelfangrinne.

Zur Verdeutlichung der Problematik der Ausführungen gemäß des Standes der Technik sind in die Figuren 2a und 2b das Funktionsschema einer gattungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung, hier am Beispiel einer Kupplung mit zwei Arbeitskreisläufen und zugeordnetem geschlossenen Betriebsmittelkühlkreislauf, sowie eine Kennlinie zur Darstellung der Abhängigkeit des momentanen Druckes &rgr; in den Ablaufleitungen vom Füllungsgrad der Kupplung dargestellt.

Die Figur 2a verdeutlicht in vereinfachter Darstellung ein Funktionsschema einer aus dem Stand der Technik bekannten gattungsgemäßen hydrodynamischen Kupplung 1, welche als Doppelkreislaufkupplung mit geschlossenem Betriebsmittelumlauf in einem geschlossenem Kühlkreislauf ausgeführt ist. Diese Kupplung 1 umfaßt dazu im dargestellten Fall zwei Schaufelräder, ein Primärschaufelrad 2 und sein Sekundärschaufelrad 3, welche miteinander wenigstens zwei torusförmige Arbeitsräume 4 und 5 bilden. Das Primärschaufelrad 2 ist über ein Antriebswelle 6 wenigstens mittelbar mit einer hier im einzelnen nicht dargestellen Antriebsmaschine

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koppelbar. Das Sekundärschaufelrad ist mit einer Abtriebswelle 7 zur ·- Kopplung mit der Abtriebsseite drehfest verbindbar.

Die beiden torusförmigen Arbeitsräume 4 und 5 sind mit einem Betriebsmittel befüllbar. Als Betriebsmittel können dabei Öl oder Wasser verwendet werden.

Das Betriebsmittel wird im Betrieb der hydrodynamischen Kupplung als Drehmomentenübertragungseinrichtung in den torusförmigen Arbeitsräumen 4 und 5 umgewälzt und bildet somit zwischen den beiden Schaufelrädern, dem Primärschaufelrad 2 und dem Sekundärschaufelrad 3 jeweils einen geschlossenen Arbeitskreislauf 9.1 und 9.2.

Zur Abfuhr der in den Arbeitskreisläufen 9.1 und 9.2 anfallenden Wärme ist dem Arbeitskreislauf ein Kühlmittelkreislauf 10 zugeordnet. Das Betriebsmittel wird über hier im einzelnen nicht dargestellte Öffnungen im Bereich des äußeren Durchmessers D_AS der Primärschaufelräder während des Betriebes der hydrodynamischen Kupplung 1 in eine drehfest mit dem Primärschaufelrad 2 gekoppelten Pumpschale 11 abgegeben. Die Pumpschale 11 ist dabei in radialer Richtung bezogen auf die Kupplungsachse A im Bereich des äußeren Umfanges U_AS der beiden Schaufelräder 2 und 3 angeordnet. In der Pumpschale 11 wird das Betriebsmittel von wenigstens einem, gegen die Drehrichtung stehenden Staudruckrohr 12 aufgenommen. Zu diesem Zweck ragt dieses in Einbaulage der hydrodynamischen Kupplung 1 oberhalb der Kupplungsachse A in die Pumpschale 11 hinein. Dieses Staudruckrohr 12 ist Bestandteil des Kühlmittelkreislaufes 10 und mündet in eine Leitung 13, welche als Auslaßleitung aus der Pumpschale 11 und gleichzeitig als Zulaufleitung zu einer Kühleinrichtung 14, welche als Kühler oder als Wärmetauscher ausgeführt sein kann, fungiert. Die Kühleinrichtung 14 ist über eine Leitung 15 mit einer Betriebsmitteleinfuhrrinne 16 zu den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 verbunden. Im dargestellten Fall handelt es sich bei dem Kühlmittelkreislauf 10 um einen geschlossenen Kreislauf. Der Leitungsverlauf dieses Kreislaufes

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10 kann auch zur Befüllung und Entleerung der torusförmigen Arbeitsräume 4 bzw. 5 genutzt werden. Zu diesem Zweck sind den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 wenigstens mittelbar über den Kühlmittelkreislauf 10 eine Zufuhrleitung 17 und eine Abführleitung 18, welche mit einem Betriebsmitteltank 19 gekoppelt sind, zugeordnet. Die Zuschaltbarkeit dieser einzelnen Leitungen, hier der Zufuhrleitung 17 und der Abführleitung 18 erfolgt über entsprechende Vorrichtungen in Form von Ventileinrichtungen. Die Zuschaltung der Ablaufleitung 18 erfolgt mittels einem als Entleerventil fungierenden Schaltventil, beispielsweise in Form eines 2-Wege-Ventils 20. Die Zuschaltung der Zulaufleitung 17 erfolgt über ein als Füllventil fungierendes Schaltventil in Form eines 2/2-Wege-Ventiles 21.

Im stationären Zustand befindet sich immer eine konstante Menge Betriebsmittel in der Kupplung 1, d.h. in den beiden torusförmigen Arbeitsräumen 4 bzw. 5 und im Kühlmittelkreislauf 10. Diesem Kühlmittelkreislauf 10 wird dann keine Flüssigkeit zugeführt oder entnommen. Eine Erhöhung oder Verminderung der Drehzahl der Arbeitsmaschine wird erreicht, indem der Kupplung durch Füll- oder Entleerventile, hier über die Zuschaltung der einzelnen Zufuhr- und Abführleitungen 17 und 18 Betriebsmittel zugeführt oder entnommen werden kann. Die Befüllung erfolgt über die Zuführleitung 17 aus einem Betriebsmitteltank 19, in die Zulaufleitung 15, welche über eine Betriebsmitteleinfuhrrinne 16 mit dem torusförmigen Arbeitsräumen 4 bzw. 5 gekoppelt ist. Die Beeinflussung der Füllmenge erfolgt dabei über das 2/2-Wege-Ventil 21, welches in einer ersten Schaltstellung I₂₁ die Zufuhrleitung 15 zur Betriebsmitteleinfuhrrinne 16 von der Zulaufleitung 17 entkoppelt und in einer zweiten Schaltstellung M₂₁ die Zulaufleitung 17 mit der Zufuhrleitung 15 verbindet.

Zur Vermeidung der Überschreitung eines maximal zulässigen Füllungsgrades der hydrodynamischen Kupplung 1, insbesondere der Arbeitsräume 4 bzw. 5 ist der Ablaufleitung, insbesondere der Leitung 13 im Kühlmittelkreislauf 10, in

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welchem während des Betriebes zur Wärmeabfuhr ein Teil des Betriebsmittels aus dem Arbeitskreislauf 9.1 bzw. 9.2 über einen Kühler wieder zurück in den Arbeitskreislauf geführt wird, eine Einrichtung zur Erfassung des Druckes &rgr; zugeordnet. Diese Einrichtung ist hier mit 23 bezeichnet. Während des Betriebes der hydrodynamischen Kupplung 1 baut sich mit zunehmender Drehzahl der Antriebsmaschine durch Abgabe des Betriebsmittels in die Pumpschale 11 ein sich zunehmend erhöhender Druck &rgr; auf. Dieser Druck p, welcher dann im Kühlmittelkreislauf 10, insbesondere in der Leitung 13 anliegt, wird zur Realisierung eines Überlastschutzes verwendet. Dabei wird bei der Ausführung aus dem Stand der Technik die Erkenntnis genutzt, daß bei Überschreitung des zulässigen maximalen Füllungsgrades der Druck &rgr; in der Leitung 13 ebenfalls erhöht wird. Dieser Druck wird abgegriffen und als Stellsignal zur Ansteuerung einer Stelleinrichtung 25 am 2/2-Wege-Ventil 21 genutzt. Über den Druck wird somit die Zufuhr von Betriebsmittel aus dem Betriebsmitteltank 19 über die Zulaufleitung 17 zur Betriebsmitteleinfuhrrinne 16 an der hydrodynamischen Kupplung 1 gesteuert. Die Ansteuerung selbst erfolgt in der Regel elektromagnetisch, d.h. das Drucksignal muß über eine Wandlungseinrichtung in ein entsprechendes elektrisches Stellsignal umgewandelt werden. Die Funktion der Umwandlung wird von einem, hier im einzelnen nicht dargestellten Druckschalter ausgeführt. Dieser muß jedoch bei Inbetriebnahme exakt eingestellt werden und ist zudem den Druckspitzen durch das geöffnete 2/2-Wege-Ventil 21 ausgesetzt.

In der Figur 2b ist dazu ein Diagramm, in welchem der Druck &rgr; in Abhängigkeit von der Kupplungsfüllung bzw. vom Füllungsgrad in % aufgetragen ist, dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß erst ab einer Kupplungsfüllung, welche dem maximalen Füllungsgrad entspricht, der in der Regel 100 % entspricht, eine Änderung der Druckwerte in den Leitungen dahingehend zu verzeichnen ist, daß die Druckwertkurve einen vergrößerten Anstieg aufweist. Im Bereich eines Kupplungsfüllungsgrades von 0% bis 100 % nimmt der erzeugte Druck &rgr; im Leitungssystem im wesentlichen stetig zu.

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Diese stetige Zunahme ist auch noch im Bereich des maximal zulässigen Kupplungfullungsgrades von 100% vorliegend. Erst ab diesem Füllungsgrad, d.h. bei einer Überfüllung, ändert sich der Druck &rgr; dahingehend, daß eine steilere Zunahme bzw. ein stärkeres Ansteigen zu verzeichnen ist. Um bereits bei Vollfüllung aktiv reagieren zu können, ist das Verbindungsglied zwischen der Einrichtung zur Erfassung des Druckes &rgr; und dem Stellglied zur Beeinflussung der Zulaufmenge zur hydrodynamischen Kupplung hinsichtlich seiner Reaktion auf einen geringen Bereich beschränkt. Nur bei Auftreten eines Druckes &rgr; mit einer Größe, der im angegebenen Bereich liegt, erfolgt eine Ansteuerung der Srtelleinrichtung. Dieser Druckwert muß jedoch möglichst genau von der Erfassungseinrichtung ermittelt werden. Zusätzliche Störgrößen, welche den Druckwert im System beeinflussen können, können dabei bereits das zu ermittelnde Ergebnis verfälschen. Mit einem derartigen System ist es daher schwierig, den Zeitpunkt der Kupplungsvollfüllung, d.h.

des maximal zulässigen Füllungsgrades, exakt zu ermitteln und gleichzeitig durch schnelle Reaktion, insbesondere durch Ansteuerung des Stellgliedes zur Beeinflussung der Zulaufmenge zu den Arbeitsräumen ein Überfüllen zu vermeiden. Diese Ansteuerung arbeitet somit sehr ungenau und ist sehr fehlerbehaftet.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Lösung zur Realisierung des Überfüllschutzes anhand einer hydrodynamischen Kupplung, wie in Figur 2 beschrieben, dargestellt. Der Grundaufbau der hydrodynamischen Kupplung 1 entspricht dabei im wesentlichen dem, wie in der Figur 2a beschrieben. Für gleiche Elemente werden daher gleiche Bezugszeichen verwendet.

Die hydrodynamische Kupplung 1 umfaßt auch hier einen dem Arbeitskreislauf zugeordneten Kühlkreislauf 10, sowie den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 zugeordnete Zulauf- bzw. Ablaufleitungen 17 bzw. 18.

Erfindungsgemäß ist dem Arbeitsraum bzw. den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 eine sogenannte Fangrinne 26 zugeordnet, welche vorzugsweise in Umlaufrichtung

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der hydrodynamischen Kupplung 1 verläuft und sich bezogen auf die £- Kupplungsachse A in radialer Richtung in einem Bereich angeordnet ist, welcher bezogen auf die Abmessungen in radialer Richtung sich maximal über den maximalen Durchmesser des Arbeitsraumes 4 bzw. 5 erstreckt.

Diese Fangrinne 26 ist mit dem Arbeitsraum 4 bzw. 5 in kommunizierender Weise verbunden. Die Verbindung erfolgt beispielsweise in Form einer Durchgangsöffnung 27, welche verschiedenartig ausgeführt sein kann und in radialer Richtung in einem Bereich zwischen einem äußeren Durchmesser der Rinne d_ra, welcher der radial äußeren Begrenzung der Fangrinne 26 enspricht, und dem, die Fangrinne in radialer Richtung mit dem kleinsten Durchmesser begrenzenden Bereichen, beispielsweise den Flächen 29 und 30 in das Primärschaufelrad 2 eingearbeitet ist. Die Durchgangsöffnungen 27 können entweder im schaufelfreien, radial innenliegenden Bereich des Primärschaufelrades 2 oder aber im Schaufelgrund des beschaufelten Teiles 31 des Primärschaufelrades 2 angeordnet sein. Die Anordnung der Fangrinne 26 und der Durchgangsöffnung 27 gegenüber dem Schaufelrad ist dabei abhängig von der gewünschten Befüllung in Abhängigkeit des Füllungsgrades der Kupplung 1. Die Durchgangsöffnungen 27 können dabei als Durchgangsbohrungen, welche in kreisrunder oder aber in Form von Langlöchern ausgeführt sind, welche sich vorzugsweise über wenigstens einen Teil des Umfanges des Schaufelrades auf einem bestimmten Durchmesser erstrecken, ausgeführt sein.

Der Füllungsstand in dem durch die Fangrinne 26 beschriebenen Stauraum 40, welcher durch den Füllungsgrad in der hydrodynamischen Kupplung 1, insbesondere den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 und die Gestaltung der Durchgangsöffnungen 27 bestimmt wird, wird mittels eines Staudruckrohres 32 abgegriffen. Das Staudruckrohr 32 ist dabei derart ausgeführt und angeordnet, daß eine Befüllung mit Flüssigkeit erst ab einem Füllstand 34 in der Fangrinne 26 erfolgt, welcher einem maximal zulässigen Füllungsgrad in den Arbeitsräumen 4 bzw. 5 entspricht. Durch die Füllung des

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Staudruckrohres 32 wird ein sogenannter Staudruck P^_n erzeugt, welcher als Stellgröße für die Beaufschlagung des 2/2-Wegeventils 21 zur Beeinflussung der Zufuhrmenge an Betriebsmittel zum Arbeitskreislauf 9.1 bzw. 9.2 dient. Der maximal zulässige Füllungsgrad entspricht dabei vorzugsweise einem maximalen Füllungsgrad von 100 %.

Bei Teilbefüllung, d.h. einem Befüllungsgrad geringer als der maximal zulässige Befüllungsgrad erfolgt zwischen der Fangrinne 26 und den

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&agr; Arbeitsräumen 4 bzw. 5 ebenfalls ein Betriebsmittelaustausch, allerdings wird

kein Staudruck p_dyn im Staudruckrohr 32 erzeugt. Indiesem Fall wird kein Signal zur Beaufschlagung der Stelleinrichtung des 2/2-Wegeventiles 21 abgegeben. Lediglich bei Erreichen der maximal zulässigen Füllmenge wird dieses Signal erzeugt.

Die maximal zulässige Füllmenge kann dabei durch die obere Befüllungsgrenze, einem Befüllungsgrad von 100% bestimmt werden, oder aber frei wählbar zwischen einem Füllunggrad > 0% und 100% sein. Entsprechend des Füllungsgrades ist immer die Öffnung des Staudruckrohres 32 im mit Betriebsmiitel befüllbaren und einen Betriebsmittelstand 34

&bull; 20 erreichenden Stauraum 40 anzuordnen.

In der Figur 1b ist zu der erfindungsgemäßen Ausführung die Abhängigkeit der ermittelten Staudruckwerte von der Kupplungsfüllung in einem Diagramm aufgetragen. Daraus wird ersichtlich, daß bei Teilfüllung, d.h. einem Betriebszustand der hydrodynamischen Kupplung 1, bei welchem der Flüssigkeitsstand 34 im Stauraum 40 der Fangrinne 26 unterhalb des Staudruckrohres 32 liegt, ein Druckwert &rgr; im Staudruckrohr 32 ermittelt wird, welcher im wesentlichen dem Luftdruck entspricht. Erst bei Eintauchen des Staudruckrohres 32 in das im Stauraum 40 befindliche Betriebsmittel und der Erzeugung eines dynamischen Staudruckes von P^_n = (q/2)xv², wobei das Eintauchen des Staudruckrohres 32 in das in der Fangrinne 26 befindliche

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Betriebsmittel erst bei einem bestimmten Füllungsgrad, beispielsweise von 100 % erfolgt, wird sprungartig ein Druckwert &rgr; bzw. eine starke Druckwertänderung &Dgr;&rgr; im Staudruckrohr ermittelt, welche als Erkennungsmerkmal für das Erreichen des maximal zulässigen Füllungsgrades im Arbeitsraum 4 bzw. 5 verwendet wird. Wesentlich ist dabei der im Diagramm ersichtliche ausgeprägte Signalsprung, welcher auch unter Einfluß von Störgrößen erkennbar ist.

Die Figuren 3a und 3b verdeutlichen in einem Ausschnitt aus einem Schaufelrad, vorzugsweise dem Primärschaufelrad 2, jeweils eine weitere Möglichkeit der Gestaltung der Verbindung zwischen dem Arbeitsraum, hier dem Arbeitsraum 4, und der Fangrinne 26 und dem durch die Fangrinne 26 und der Außenkontur 37 des Primärschaufelrades bestimmten Stauraum 40.

Die Figur 3a zeigt einen Ausschnitt aus einem Primärschaufelrad 2, welchem eine Fangrinne 26 zugeordnet ist. Die Fangrinne 26 wird von einem scheibenförmigen Element 50 gebildet, welches mit dem Primärschaufelrad 2 lösbar verbindbar ist. Die Außenkontur 37 des Primärschaufelrades und die Fangrinne bilden einen Stauraum 40. In diesen Stauraum 40 ragt eine Einrichtung zur Erfassung einer, dem Füllungsgrad wenigstens mittelbar charakterisierenden Größe in Form eines Staudruckrohres 32.

Die Fangrinne 26 erstreckt sich in radialer Richtung bis in einen Bereich, welcher im Bereich des Arbeitsraumes 4 bzw. auf dessen Höhe liegt. Die Verbindung zwischen dem Stauraum 40 und dem Arbeitsraum 4 erfolgt über eine schräg ausgeführte Durchgangsöffnung 27.1, welche sich vom Schaufel rad g rund 36 bis zur Schaufelradaußenseite 37 erstreckt, welche gleichzeitig eine äußere Begrenzungsfläche für die Fangrinne 26 bildet.

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Der Stauraum 40 ist in der dargestellten Ausführung ibn radialer Richtung in einem Bereich angeordnet, der der radialen Anordnung der Beschaufelung 44 entspricht.

In der Figur 3b sind Ausführungen einer Fangrinne 26 und eines Stauraumes 40 dargestellt, welche in radialer Richtung im radial inneren Bereich des Primärschaufelrades 2 angeordnet sind. Dabei ist die Fangrinne 26 in einem, in radialer Richtung innenliegenden Bereich der Beschaufelung 44 des Primärschaufelrades 2 angeordnet. In Einbaulage erfolgt die Anordnung des Stäudruckrohres 32 in Abhängigkeit des zu begrenzenden Füllungsgrades, im dargestellten Fall oberhalb der Kupplungsachse A.

In den Figuren 4a und 4b sind weiter konkrete Ausführungen dargestellt. Die Figur 4a1 verdeutlicht einen Teil des Primärschaufelrades 2, welcher einer Fangrinne 26 zugeordnet ist, die in einem Bereich angeordnet ist, welcher zwischen dem Innen- D_lsund dem Außendurchmesser D_ASder Beschaufelung 44 liegt. Die Fangrinne 26 erstreckt sich dabei in radialer Richtung bis in einen Bereich, welcher im Bereich des Arbeitsraumes 4 bzw. auf dessen Höhe liegt. Die Verbindung zwischen dem Stauraum 40 und dem Arbeitsraum 4 erfolgt über eine schräg ausgeführte Durchgangsöffnung 27.1, welche sich vom Schaufelradgrund 36 bis zur Schaufelradaußenseite 37 erstreckt, welche gleichzeitig eine äußere Begrenzungsfläche für die Fangrinne 26 bildet. Die Fangrinne 26 wird lediglich mittels eines ringförmigen Bauteiles 38 gebildet. Das Staudruckrohr 32.2 erstreckt sich dabei durch das ringförmige Bauteil 38 und ragt in den von der Fangrinne 26 gebildeten Stauraum 40 hinein. Das Staudruckrohr 32.2 ist dabei derart ausgeführt, daß der Öffnungsbereich 41.2 in Einbaulage in radialer Richtung oberhalb der Durchführung durch das ringförmige Element 38 angeordnet ist. Der den Öffnungsbereich tragende Teil 42.2 erstreckt sich vorzugsweise im wesentlichen parallel zu einem sich im Stauraum 40 einstellenden Betriebsmittelspiegel 43.

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Die Figur 4a2 verdeutlicht eine Ansicht l-l entsprechend der Figur 4a1. Daraus wird der Verlauf des den Öffnungsbereich 41.2 tragenden Teiles 42.2 ersichtlich. Des weiteren ist erkennbar, daß aufgrund der Ausrichtung in des Offnungsbereiches 41.2 in Umfangsrichtung bei wechselnder Betriebsweise, d.h. Reversierbetrieb ein zweites Staudruckrohr 32.1 erforderlich wird, dessen Öffnungsbereich 41.1 sich in entgegengesetzter Richtung zum Öffnungsbereich 41.2 bezogen auf die Umfangsrichtung erstreckt. Die beiden Staudruckrohre 32.1 und 32.2 sind über die ihnen jeweils zugeordneten Leitungsabschnitte 47 und 48 über ein Rückschlagventil 46 mit einer gemeinsamen Leitung 49 verbunden.

In der Figur 4b 1 ist eine Ausführung einer Fangrinne dargestellt, welche im radial innenliegenden Bereich des Primärschaufelrades 2 angeordnet ist.

Dabei ist die Fangrinne 26 in einem, in radialer Richtung innenliegenden Bereich der Beschaufelung 44 des Primärschaufelrades 2 angeordnet. Auch hier wird der Stauraum durch den inneren Durchmesser d_R der Fangrinne 26, der Außenkontur 37 des Primärschaufelrades 2, und der Flächen 29 der mit dem Primärschaufelrad 2 drehfest verbundenen Bauteile begrenzt.

Die Kopplung des Stauraumes 40 mit dem Arbeitsraum 4 erfolgt über Durchgangsöffnungen 27.2, welche im in radialer Richtung innenliegenden Teilbereich des Primärschaufelrades 2, welcher frei von einer BEschaufelung 44 ist, angeordnet sind.

Der Betriebsmittelspiegel 43 befindet sich hier in Höhe des Offnungsbereiches 41.2. des Staudruckrohres 32.2. Das Staudruckrohr 32.2 ist auch hier derart gestaltet, daß der Öffnungsbereich 41.2 in Umfangsrichtung ausgerichtet und in das im Stauraum 40 befindliche Betriebsmittel eintaucht.

In Einbaulage erfolgt die Anordnung des Staudruckrohres 32 entsprechend des gewünschten zu begrenzenden Füllungsgrades in einem bestimmten

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Abstand zur Kupplungsachse A. Im dargestellten Fall ist das Staudruckrohr 32.2 oberhalb der Kupplungsachse A angeordnet.

Auch hier ist aufgrund der Ausrichtung des den Öffnungsbereich tragenden Bauteiles des Staudruckrohres 32.2 bei Drehrichtungswechsel eine zweite Staudruckerzeugungseinrichtung in Form eines zweiten Staudruckrohres 32.1 erforderlich. Dies ist in einer Ansicht H-Il in der Figur 4b2 dargestellt. Daraus ist ersichtlich, daß beide Öffnungsbereiche 41.2 und 41.1 in Umfangsrichtung

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zueinander entgegengesetzt gerichtet sind. Auch hier sind beide Stäudruckrohre 32.1 und 32.2 über jeweils eine Leitung 47 und 48, die über ein Rückschlagventil 46 miteinander verbunden sind mit einer gemeinsamen Leitung 49 gekoppelt.

In den beiden Fällen (Fig. 4a und 4b) ist die Fangrinne 26 durch Zuhilfenahme eines ringförmig gestalteten Bauteiles 38, welches drehfest mit dem Primärschaufelrad 2 verbunden wird, gebildet. Es besteht jedoch theoretisch auch die Möglichkeit, die Fangrinne zusammen mit dem Primärschaufelrad als Baugruppe zu erstellen.

Des weiteren ist das Staudruckrohr in den in beiden Figuren dargestellten Ausführungen im Bauteil 55 am Gehäuse gelagert.

Die Figuren 5a und 5b verdeutlichen eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Staudruckrohres 32. Das die Staudruckrohre 32.1 und 32.2 tragende Bauteil 55 ist am Gehäuse befestigt. Gegenüber den in den Figuren 4a und 4b dargestellten Möglichkeiten erfolgt die Leitungsführung vom Staudruckrohr über eine, an der Gehäusewand befestigte Rohrverbindung 56. Die Figur 5b verdeutlicht dabei eine Ansicht Ill-Ill gemäß Figur 5a.

Der Grundaufbau von Schaufelrad 2, Arbeitsraum 4 und diesem zugeordnetem Stauraum 40, sowie die Erstreckung des Staudruckrohres in

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die Fangrinne 26 entspricht dem in den Figuren 4a1,2 und 4b1,2 beschriebenen, weshalb im Einzelnen hier nicht mehr darauf eingegangen werden soll. Für gleiche Elemente wurden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Die Figuren 3 bis 5 verdeutlichen lediglich Ausführungen zur Gestaltung der Fangrinne und der Durchgangsöffnungen. Andere Möglichkeiten, mit welchen die gleiche Funktion erfüllbar ist, sind ebenfalls denkbar. Entsprechend der

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Gestaltung der Kupplung mit ein oder mehreren Arbeitsräumen kann im erstgenannten Fall die Fangrinne entweder dem Primarschaufelrad oder dem Sekundärschaufelrad oder einer Schale zugeordnet werden, im letztgenannten Fall jedoch aus konstruktiven Gründen nur dem Primärschaufelrad. Die Fangrinne selbst ist dabei als separates Bauteil ausgeführt oder aber als ein Bauteil mit dem entsprechenden Schaufelrad.

Eine vorteilhafte, hier im Einzelnen nicht vollständig in der Figur 6 dargestellte Ausführung besteht darin, daß als Fangrinne bzw. zur Druckwertaufnahme die Betriebsmittelfangrinne 22 in den Arbeitskreislauf 9.1 bzw. 9.2 verwendet wird. Diese verläuft vorzugsweise ebenfalls auf einem bestimmten Durchmesser über den gesamten Umfang. Das Staudruckrohr 32, kann hierbei in der Betriebsmittelfangrinne 22 angeordnet sein, d.h. in einem Bereich unterhalb der Kupplungsachse A im radial inneren Bereich des Schaufelrades, hier des Primärschaufelrades 2 angeordenet sein. Dabei wird die Erkenntnis genutzt, daß ein Ablaufen aus der Fangrinne 22 nur solange stattfindet, bis die Kupplung gefüllt ist, ab diesem Zeitpunkt findet kein Ablauf aus der Betriebsmittelangrinne 22 mehr statt. Das Staudruckrohr kann zu diesem Zweck auch im Befüllsegment 57, welches der Betriebsmittelfangrinne 22 zugeordnet ist, angeordnet werden. Eine derartige Anordnungsmöglichkeit ist in der Figur 6b dargestellt. Diese zeigt lediglich das Befüllsegment 57 und schematisch vereinfacht dargestellt den Verlauf des Staudruckrohres 32.

Claims (23)

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1. Hydrodynamische Kupplung

1.1 mit wenigstens zwei Schaufelrädern, einem Primärschaufelrad und

einem Sekundärschaufelrad, welche miteinander wenigstens einen, mit Betriebsmittel befüllbaren torusformigen Arbeitsraum bilden;

1.2 dem torusformigen Arbeitsraum ist wenigstens eine Zufuhrleitung für Betriebsmittel zugeordnet;

1.3 dem Arbeitsraum ist eine Einrichtung zur Erfassung einer den Füllungsgrad wenigstens indirekt charakterisierenden Größe zugeordnet;

1.4 die Einrichtung ist wenigstens mittelbar mit einer Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsmittelmenge in der Zufuhrleitung gekoppelt; gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1.5 die Einrichtung zur Erfassung einer den Füllungsgrad wenigstens indirekt charakterisierenden Größe umfaßt

1.5.1 einen, einem Schaufelrad zugeordneten und mit dem Arbeitsraum gekoppelten Stauraum und

1.5.2 eine Staudruckerzeugungseinrichtung, welche sich in den Stauraum erstreckt, wobei die Zuordnung der Staudruckerzeugungseinrichtung zum Stauraum derart erfolgt, daß erst bei einem bestimmten Betriebsmittelstand im Stauraum, welcher einem bestimmten maximalen Füllungsgrad entspricht, die Staudruckerzeugungseinrichtung Betriebsmittel aufnimmt und der dadurch erzeugte dynamische Staudruck als Signal zur wenigstens mittelbaren Ansteuerung der Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsmittelmenge in der Zulaufleitung zur Verringerung der zuzuführenden Betriebsmittelmenge oder Entkoppelung der Zufuhrleitung vom Arbeitsraum verwendet wird.

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&bull; ·

2. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum von einer, einem Schaufelrad zugeordneten Fangrinne gebildet wird.

3. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fangrinne von wenigstens einem separaten, lösbar mit dem Schaufelrad verbindbaren Bauteil gebildet wird.

4. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die Fangrinne vom Schaufelrad gebildet wird.

5. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckerzeugungseinrichtung in ihrer Position gegenüber dem Stauraum verstellbar ausgeführt ist.

6. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Staudruckerzeugungseinrichtung in Form wenigstens eines Staudruckrohres ausgeführt ist.

7. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

7.1 das Staudruckrohr umfaßt wenigsten ein, einen Öffnungsbereich tragendes Bauteil zur Aufnahme von Betriebsmittel;

7.2 das den Öffnungsbereich tragende Bauteil ist mit einem, bezogen auf die Kupplungsachse in radialer Richtung wenigstens zum Teil entgegen die Schwerkraftrichtung gerichteten Rohrteil verbunden.

8. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Öffnungsbereich tragende Bauteil im wesentlichen parallel zu einem, sich im Stauraum einstellenden Betriebsmittelspiegel ausgeführt ist.

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9. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Öffnungsbereich tragende Bauteil sich in Richtung des Schaufelrades ertreckt.

10. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das den Öffnungsbereich tragende Bauteil sich in Umfangsrichtung erstreckt.

11. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

11.1 der Öffnungsbereich ist in Umfangsrichtung gerichtet;

11.2 für den Reversierbetrieb sind zwei Staudruckrohre mit einander entgegengesetzt gerichteten Öffnungsbereichen vorgesehen;

11.3 die beiden Staudruckrohre sind über eine Ventileinrichtung mit einer gemeinsamen Leitung verbindbar.

12. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

12.1 der Öffnungsbereich ist in Umfangsrichtung gerichtet; 12.2 für den Reversierbetrieb sind am Staudruckrohr zwei einander entgegengesetzt gerichtete Öffnungsbereiche vorgesehen.

13. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das den Öffnungsbereich tragende Bauteil vom, bezogen auf die Kupplungsachse in radialer Richtung wenigstens zum Teil entgegen die Schwerkraftrichtung gerichteten Rohrteil gebildet wird.

14. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen Arbeitsraum und

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Stauraum über wenigstens eine Durchgangsöffnung im Schaufelrad erfolgt.

15. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 14, dadurch

gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen in radialer Richtung im Bereich des beschaufelten Teiles des Schaufelrades angeordnet sind.

16. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnungen in radialer Richtung im Bereich des von der Beschaufelung freien Teiles des Schaufelrades angeordnet ist.

17. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Primär- und das Sekundärschaufelrad einen Arbeitsraum miteinander bilden..

18. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Primär- und das Sekundärschaufelrad wenigstens noch einen weiteren Arbeitsraum miteinander bilden.

19. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum dem Primärschaufelrad zugeordnet ist.

20. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Stauraum dem Sekundärschaufelrad zugeordnet ist.

21. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadgekennzeichnet, daß der Stauraum sich in radialer Richtung bis in

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einen Bereich erstreckt, der auf einem geringeren Durchmesser als den Schaufelradaußenumfang angeordnet ist.

22. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Staudruckerzeugungseinrichtung eine Einrichtung zur Umwandlung des in der

Staudruckerzeugungseinrichtung erzeugten Druckes in ein elektrisches Stellsignal zur Ansteuerung eines Stellgliedes der Einrichtung zur Beeinflussung der Betriebsmittelzufuhrmenge zugeordnet ist. 10

23. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussumg der Betriebsmittelzufuhrmenge eine Ventileinrichtung ist.