DE3106665A1 - Hydrodynamische kupplung - Google Patents

Hydrodynamische kupplung

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DE3106665A1
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turbine wheel
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wheel
pump
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Siegfried Dipl.-Ing. 7960 Aulendorf Eisenmann
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16DCOUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/02Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the flow of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit
    • F16D33/04Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the flow of the liquid in the working circuit, while maintaining a completely filled working circuit by altering the position of blades

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Description

  • Hydrodynamische Kupplung
  • Die Erfindung betrifft eine-hydrodynamische Kupplung oder auch Föttinger-Kupplung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Kupplungen sind aus der deutschen Patentschrift 21 03 589 bekannt. Sie zeichnen sich durch, einfache und wartungsfreie Bauweise, sichere Betriebsverhältnisse und kleine Abmessungen aus. Sie erlauben es, das Maß, um welches die Schaufeln in die Schaufelräder hineinragen und dort ihre bestimmungsgemäße Funktion erfüllen, zu verändern und damit auch das Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl und das übertragene Drehmoment zu verändern. Zu diesem Zweck besitzen die bekannten Kupplungen eine Steuereinrichtung, um die Verschiebelage der Arbeitseinheit je nach den gewünschten Bedingungen einstellen zu können.
  • Will man diese bekannte Kupplung als Anfahrkupplung für Motoren verwenden, die nicht unter Last anlaufen können, also beispielsweise als Kupplung für Kraftfahrzeuge, so ist zum Ein- und Ausrücken der Kupplung ein entsprechendes axiales Verschieben der Arbeitseinheit erforderlich. Für automatische Getriebe sind daher die bekannten Kupplungen nur dann geeignet, wenn ein gesonderter automatischer Mechanismus vorgesehen wird, der in Abhängigkeit von der Betriebsdrehzahl des Motors bzw. der Abtriebswelle die Kupplung schaltet.
  • Die Erfindung bildet die bekannte Kupplung unter Verwendung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 zusammengefaßten Merkmale derselben dahingehend weiter, daß die Kupplung sich selbst in Abhängigkeit von der Drehzahl des treibenden Gehäuses und von dem Verhältnis der Drehzahl des treibenden Gehäuses zu der Drehzahl der vom Gehäuse über das Pumpenrad und das Turbinenrad angetriebenen Abtriebswelle und dem für die Drehung der Abtriebswelle erforderlichen Drehmoment ein- und ausrückt und ferner in der ein- und ausgerückten Stellung jeweils stabil bleibt, bis sich die Betriebsbedingungen entsprechend ändern.
  • Insbesondere soll die Kupplung folgendes erlauben: a) Bei ausgerücktem Zustand, in dem die Arbeitseinheit axial derartig verschoben ist, daß die Pumpenschaufeln nicht oder nur wenig in das Innere des Pumpenrades ragen, niedriger Drehzahl des Gehäuses und stillstehender oder nur langsam rotierender Welle soll die Kupplung in der erwähnten Leerlaufstellung bleiben, in welcher wegen der geringen Mitnahmewirkung des praktisch schaufelfrei mit langsamer Drehzahl rotierenden Pumpenrades nur ein sehr kleines und beispielsweise bei Kraftfahrzeugen leicht durch Bremsen absorbierbares Drehmoment vom Gehäuse auf die Abtriebswelle übertragen wird.
  • b) Mit steigender Drehzahl der Abtriebswelle soll die Kupplung langsam (das bedeutet hier einen Zeitraum in der Größenordnung von einigen Zehntel Sekunden bis einigen Sekunden) und nicht schlagartig eingerückt werden. D.h., die Arbeitseinheit soll auf die schaufelseitige Stirnwand des Gehäuses zugeschoben werden, bis die Pumpenschaufeln sich in ihrer ganz in das Pumpenrad hineinragenden Stellung befinden.
  • c) In dieser Stellung soll die Arbeitseinheit stabil verharren, solange sich die Drehzahl des Gehäuses innerhalb eines relativ großen, für den der jeweiligen Verwendung entsprechenden Zweck ausreichenden Drehzahlbereiches befindet. DicserDrehzahlbereich kann beispielsweise bei der Verwendung der Kupplung zwischen dem Motor und dem automatischen Wechselgetriebe eines Kraftwagens durchaus zwischen 1000 und 8000 UpM liegen.
  • d) Wenn in voll eingerücktem Zustand der Kupplung die Drehzahl des Gehäuses, die wegen des bei einer Föttinger-Kupplung inhärenten Schlupfes zwischen Pumpenrad und Turbinenrad etwas größer ist als die der Abtriebswelle, von der Drehzahl der Abtriebswelle überholt wird, wie dies bei Bergabfahrt mit einem Kraftwagen z.B. der Fall sein kann, wenn also die Abtriebswelle schneller als das Gehäuse läuft, so soll die Kupplung immer noch eingerückt bleiben.
  • e) Sinkt, wie es z.B. beim Abbremsen eines Kraftfahrzeuges der Fall ist, bei welchem die Brennstoffzufuhr bereits auf das Leerlaufmaß gedrosselt ist und der Motor nur noch vom ebenfalls gebremst werdenden Fahrzeug geschleppt wird, die Drehzahl des Gehäuses auf einen Wert im Bereich der Leerlaufdrehzahl des Motors, so muß die Kupplung ausgerückt, also die Arbeitseinheit in die schaufel freie Stellung des Pumpenrades verschoben werden.
  • Um dies zu erreichen, geht die Erfindung von den im Oberbegriff zusammengefaßten Merkmalen der bekannten Kupplung aus und bildet diese gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weiter.
  • Durch die Anordnung des Napfes ist die dem Pumpenrad abgewandte Seite des Turbinenrades nicht mehr unter dem Druck von mit dem Pumpengehäuse rotierender Flüssigkeit. Da sowohl der Napf als auch das Turbinenrad nicht drehbar auf der Abtriebswelle sitzen, ist im Raum zwischen Napf und Turbinenrad nur Flüssigkeit, welche mit der Geschwindigkeit der Abtriebswelle rotiert. Dadurch können erhebliche Axialdrücke auf die Arbeitseinheit zur Wirkung kommen, die bei der Erfindung für das Ein- und Ausrücken und auch stabil in ein- und ausgerücktem Zustand Halten der Kupplung ausgenützt werden.
  • Dementsprechend ist das bevorzugte Anwendungsgebiet der Kupplung die Verwendung als Anfahrkupplung für Kraftfahrzeuge mit automatisch unter Last schaltendem Getriebe.
  • Für die meisten Fälle wird es bevorzugt, daß eine Federanordnung oder eine äuqivalente Einrichtung in der Kupplung angeordnet wird, welche bestrebt ist, die Arbeitseinheit in der ausgerückten Stellung zu halten.
  • Die Funktionsweise der Kupplung im Betrieb ist die folgende: Vor dem Anfahren rotiert das Gehäuse mit einer niedrigen Leerlaufdrehzahl, während die Abtriebswelle steht oder fast steht und die Arbeitseinheit sich in einer Stellung befindet, in der die Pumpenschaufeln weitgehend bis ganz aus dem Pumpenrad zurückgezogen sind. In diesem Zustand ist die Rotation der Flüssigkeit im Inneren des etwa torusförmigen von den Wandungen des Pumpenrades und des Turbinenrads gebildeten Raumes um die ringförmige Mittellinie dieses Raumes gering, da im Pumpenrad die Schaufeln fehlen und die im wesentlichen nur durch Reibung vom Pumpenrad beschleunigte Flüssigkeit ihre Rotation beim Eintritt in das stehende Turbinenrad sofort wieder verliert. Hierbei wird nur ein relativ geringes Drehmoment auf das Turbinenrad ausgeübt. Der höhere Druck im von der Arbeitseinheit freigegebenen, von den Pumpenradschaufeln eingenommenen Teil des Gehäuses hält dabei die Arbeitseinheit in der Leerlaufstellung. Da das Turbinenrad in dieser Stellung bis auf einen dünnen Spalt am Boden des Bechers anliegt, rotiert die Flüssigkeit im Bereich zwischen dem Turbinenrad und dem Becher nicht, so daß hier ein Gegendruck nicht entstehen kann. Der sich statisch vom Bereich der Turbinenschaufeln in den Bereich zwischen dem Turbinenrad und der Becherwand langsam fortpflanzende am Betriebsdruck in eingerücktem Zustand gemessen geringe Druck wird hierbei sofort radial nach innen wieder abgebaut.
  • Reicht das in diesem Leerlaufzustand vom schaufel leeren Pumpenrad: auf das Turbinenrad übertragene Drehmoment nicht aus, um die Abtriebswelle in Drehung zu versetzen, so bleibt das Turbinenrad stehen und die Kupplung kann nicht einrücken. Um wer die Übertragung des erforderlichen Mindestdrehmoments sicherzustellen, kann man durch einen entsprechenden Anschlag das Maß, um welches die Arbeitseinheit aus der Eingriffsstellung des Pumpenrades mit den Pumpenschaufeln heraus in die Leerlaufstellung verschoben werden kann, einstellen. Läßt man in der ausgerückten Stellung die Pumpenschaufeln beispielsweise um 10 % % ihrer axialen Erstreckung noch in das Pumpenrad hereintragen, so wird natürlich vom Pumpenrad ein erheblich stärkeres Drehmoment auch in der Leerlaufstellung auf das Turbinenrad übertragen. Reicht dieses Drehmoment aus, um das Turbinenrad in Drehung zu setzen, so wird das Turbinenrad langsam auf die Betriebsdrehzahl beschleunigt und im Raum zwischen dem Turbinenrad und dem Boden des Bechers aufgrund der Fliehkraft ein die Kupplung durch axiales Verschieben der Arbeitseinheit einzurücken bestrebter Druck aufgebaut. Man erkennt hieraus, daß das Einrücken um so schneller erfolgt, je geringer die Differenz der Drehzahl des Pumpenrades und der des Turbinenrades ist. Ist der Druck zwischen dem Turbinenrad und dem Becherboden groß genug, so wird die Arbeitseinheit gegen den Druck der Feder in die eingerückte Stellung verschoben. Hierdurch wird das vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragene Drehmoment wegen des immer größer werdenden wirksamen Anteils der Pumpenschaufeln größer, das Turbinenrad wird weiter beschleunigt, die Einrückkraft wächst und das Turbinenrad bewegt sich - gegebenenfalls gegen den Druck der Feder -immer schneller weiter in die eingerückte Stellung, bis die Arbeitseinheit die eingerückte Stellung erreicht hat, in der die Pumpenschaufeln weitestmöglich in das Pumpenrad ragen. In diesem Zustand ist die Kupplung stabil.
  • Um das Beriebs-Drehmoment vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragen zu können, muß daher ein gewisser Schlupf zwischen dem Turbinen- und dem Pumpenrad vorhanden sein, der normalerweise bei 1 bis 5 8 liegt. Die auf die Arbeitseinheit in Axialrichtung wirkenden hydraulischen Kräfte sind in diesem Zustand bestrebt, die Kupplung - gegebenenfalls gegen die Kraft der Feder - in eingerücktem Zustand zu halten. Die Kupplung bleibt eingerückt, unabhängig davon, ob das Pumpenrad das Turbinenrad treibt, oder - was bei Bergabfahrt mit einem Kraftfahzeug auftreten kann - das Turbinenrad das Pumpenrad treibt, solange die Drehzahl hoch genug ist. Die Kupplung bleibt also, z.B. bei der bevorzugten Verwendung als Kraftfahrzeugkupplung, eingerückt, wenn das Fahrzeug abgebremst wird, bis wegen des Absinkens der Drehzahl von Pumpen- und Turbinenrad das übertragbare Drehmoment so klein wird, daß der Motor nicht mehr abgebremst wird, sondern mit der Leerlaufdrehzahl weiterläuft, während die Drehzahl des Turbinenrades immer weiter absinkt, so daß die hydraulischen Kräfte die Arbeitseinheit wieder in die ausgerückte Stellung drücken.
  • Das kann durch die gegebenenfalls vorgesehene Federanordnung unterstützt werden. Die Federanordnung erleichtert damit die Beeinflussung der Regelkennlinie wesentlich.
  • Bevorzugt ist die Umfangswand des Napfes innen und die Umfangswand des Turbinenrades außen zylindrisch ausgebildet, wobei zwischen beiden ein schmaler, von der Flüssigkeit durchströmbarer Drossel-Spalt freibleibt. Durch Bemessung dieses Spaltes kann man den Einrückvorgang erheblich beeinflußen. Je geringer man diesen Spalt hält, umso langsamer erfolgt auch das Einrücken. Unter ein Mindestmaß von einigen Zehntel Millimetern kann man diesen Spalt allerdings nicht sinken lassen, wenn man, wie dies bevorzugt wird, sowohl den Napf als auch das Turbinenrad an den entsprechenden Stellen ohne spangebende Bearbeitung läßt. Um die Drosselwirkung zu erhöhen, kann man die freie äußere Kante der Turbinenradwand wulstartig ausbilden, so daß ein solcher Wulst eine zusätzliche Drosselstelle am Beginn des erwähnten Spaltes bildet, welche im Leerlaufzustand das Eintreten des dynamisch im Bereich zwischen dem Pumpenrad und dem Gehäuse aufgebauten Drucks in den Bereich zwischen der Napfwandung und dem Turbinenrad verlangsamt.
  • Der Napf ist vorzugsweise mit seinem Boden an der Welle befestigt. Das ist konstruktiv einfach, um zu gewährleisten, daß der Napf immer mit der gleichen Drehzahl wie das Turbinenrad rotiert. In konstruktiver Hinsicht wird die Ausbildung besonders günstig, wenn man die Mitnahme des Napfes seitens der Welle durch die gleiche Kerb-oder Keilverzahnung der Welle bewirkt, die auch das Drehmoment vom Turbinenrad auf die Welle überträgt.
  • Die Position maximaler Verschiebung der Arbeitseinheit außer Eingriff des Pumpenrades mit den Pumpenschaufeln kann man dann einfach durch Beilagscheiben zwischen dem Napf und der Nabe der Verschiebeeinheit regeln. Je dicker diese Beilagscheiben sind, umso mehr ragen auch bei ausgerückter Kupplung die Pumpenschaufeln in das Pumpenrad und umso stärker ist das im Leerlauf vom Pumpenrad auf das Turbinenrad übertragene Drehmoment. Gleichzeitig wächst mit der Dicke der Beilagscheiben der freie Spalt zwischen dem Napfboden und dem Turbinenrad in ausgerücktem Zustand, was auf ein schnelleres Einrücken der Kupplung hinwirkt. Will man letzteres vermeiden, so kann man auch die maximal ausgerückte Lage der Arbeitseinheit dadurch beeinflussen, daß man die Axiallage des Napfes in seiner Gesamtheit verändert. Dann bleibt in ausgerücktem Zustand der Spalt zwischen Napfboden und Turbinenrad immer gleich; das Maß, um welches die Pumpenschaufeln in das Pumpenrad hineinragen, wird jedoch verändert.
  • Vorzugsweise hat der von den beiden je etwa halbtorusförmig ausgebildeten, den Arbeits- oder Strömungsraum der Arbeitseinheit umschließenden Wandungen des Turbinenrades und des Pumpenrades gebildete Ring in allen Verschiebelagen der Arbeitseinheit allseitig von der innenwand des Gehäuses bzw. des Napfes einen Abstand, der wenigstens zum Teil einen Ausgleich des Drucks um den Ring herum erlaubt.
  • Läßt man einen solchen Spalt beispielsweise zwischen dem Turbinenradgehäuse und dem Boden des Napfes nicht oder nicht in ausreichender Breite zu, so kann man im Turbinenradgehäuse Entlastungsbohrungen vorsehen, die dann einen Druckausgleich zwischen dem Inneren des Turbinenrades und dem Raum zwischen dem Turbinenrad und dem Becherboden bewirken, was das Einrücken der Kupplung beim Anfahren beschleunigt. Im gleichen Sinne wirken auch Entlastungsbohrungen im Becherboden, die einen schnelleren Druckausgleich vom Raum zwischen dem Turbinenrad und dem Becherboden bewirken, was das Einrücken der Kupplung beim Anfahren beschleunigt. Im gleichen Sinne wirken auch Entlastungsbohrungen im Becherboden, die einen schnelleren Druckausgleich vom Raum zwischen Becherboden und Gehäuse in den Raum zwischen Becherboden und Pumpenrad erlauben.
  • Die Arbeitseinheit ist vorzugsweise von einer auf der Welle-verschiebbar, aber nicht drehbar gelagerten Nabe getragen. Das ist konstruktiv zweckmäßig.
  • Zwischen der Arbeitseinheit und der Nabe sollten vorteilhaft axiale Flüssigkeitsdrucktritte vorgesehen sein, zum einen raschen Druckausgleich auf der radialen inneren Seite der Arbeitseinheit Torus zuzulassen.
  • Um die Übertragung von Flüssigkeitsreibungskräften zwischen der inneren Wandoberfläche des Kupplungsgehäuses und dem Napf nach oben zu begrenzen, ist zwischen dem Napf und der Gehäusewandung vorteilhaft ein entsprechend breiter Spalt vorgesehen, der je nach Konstruktion zwischen 0,5 und 2 mm liegen sollte. Die Fertigungstoleranzen begrenzen bei spanloser Formgebung seine Breite nach unten.
  • Um einen schnellen Druckausgleich zuzulassen, ist der Boden des Napfes vorteilhaft in der Nähe der Welle durchbrochen.
  • In diesem Zusammenhang ist noch darauf hinzuweisen, daß die Kupplung nach der Erfindung vorteilhaft nicht vollständig mit Flüssigkeit - hier kommt in erster Linie ein entsprechendes öl in Frage - gefüllt ist, sondern nur so weit, daß bei durch die Fliehkraft gleichmäßig nach außen gedrückter Flüssigkeit der die Arbeitseinheit bildende Torus vollständig in der Flüssigkeit umläuft.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer automatischenSchaltkupplung nach der Erfindung für Kraftfahrzeuge mit unter Last schaltendem automatischem Getriebe.
  • Die Zeichnung zeigt diese Kupplung im Axialschnitt und zwar in der oberen Hälfte in eingerücktem Zustand und in der unteren Hälfte in ausgerücktem Zustand. Die Darstellung ist maßstäblich.
  • Die in der Zeichnung gezeigte automatische Kraftfahrzeugschaltkupplung besitzt ein Gehäuse 1, das aus einer linken Halbschale 2 und einer rechten Halbschale 3 zusammengesetzt ist. Die beiden Halbschalen haben die aus der Zeichnung ersichtliche Form und sind im Kokillengußverfahren aus einer schweißbaren Legierung gegossen oder aus Tiefziehblech gezogen. Im letzteren Falle sind die Pumpenschaufeln z.B. hart angelötet. Die beiden Halbschalen sind durch eine rundumlaufende Schweißnaht 4 nach der Fertigmontage, aber vor dem Einfüllen der Arbeitsflüssigkeit, miteinander verschweißt. Die linke antriebsseitige Halbschale 2 besitzt eine napfförmige, zentrale Vertiefung 5, in welche ein entsprechender Zapfen der Motorkurbelwelle, eines Schwungrades oder eine sonstige Antriebswelle zentrierend eingreifen kann. Zur Befestigung dienen aufgeschweißte oder angegossene Gewindeaugen 6.
  • Die Vertiefung 5 tritt innen als Zapfen in Erscheinung.
  • Dieser innere Zapfen 5 dient als Lagerzapfen für die als Hohlwelle ausgebildete dem Abtrieb dienende Welle 7, die mit einer in die Hohlwelle eingepreßten Laufbüchse 11 auf dem Zapfen 5 läuft.
  • Die abtriebsseitige Halbschale 3 des Gehäuses besitzt in der Mitte eine nach außen offene Lagernabe 8, deren Durchmesser erheblich größer ist als der Durchmesser des Lagernapfes bzw. Zapfens 5. Die Lagernabe 8 trägt in einer Innennut einen Sprengring 9, welcher ein sowohl radial als auch axial Kräfte aufnehmendes Wälzlager 10 in seiner axialen Lage in der Nabe 8 hält. Das Wälzlager 10 liegt rechts an einer entsprechenden Innenschulter der Lagernabe 8 an. In Axialrichtung außerhalb des Wälzlagers 10 ist eine Dichtung 11 mittels eines weiteren Sprengrings 12 befestigt, die erst nach der vollständigen Fertigstellung der Kupplung und nach dem Einfüllen der Arbeitsflüssigkeit eingesetzt wird. Diese Dichtung liegt außen an der Innenfläche der Lagernabe 8 und innen an der Umfangsfläche der Hohlwelle 7 an.
  • Die Hohlwelle 7 ist in der Zeichnung rechts im Wälzlager 10 gelagert. Sie liegt am Wälzlager 10 von links mit einer Schulter an. Rechts ist sie gegen das Wälzlager 10 durch einen Sprengring 14 fixiert, so daß die axiale Verschiebelage der Hohlwelle 7 eindeutig bestimmt ist.
  • Das rechte freie Ende der Hohlwelle 7 trägt innen ein Keilnutenprofil 70 für die Aufnahme einer Abtriebswelle.
  • In ihrem links vom Wälzlager 10 befindlichen Teil ist die Hohlwelle 7 außen mit einem Keilnutenprofil 16 versehen. Auf dem Keilnutenprofil 16 kann die komplementär ausgebildete innere Keilnutenprofilierung 18 der Büchse 20 gleiten. Die Büchse 20 ist, beispielsweise durch Schweißen, starr mit dem Nabenring 24 des Turbinenrads 22 verbunden, welches vorzugsweise im Druckgußverfahren hergestellt ist.
  • Die Büchse 20 bildet zusammen mit dem Nabenring 24 des Turbinenrades die auf der Hohlwelle 7 axial verschiebbare Nabe der Arbeitseinheit, zu der auch das Pumpenrad 26 gehört.
  • Vom Nabenring 24 des Turbinenrades 22 erstrecken sich gleichmäßig über den Umfang verteilt jeweils in Axialebenen der Kupplung Tragrippen 28 nach außen, welche einen von mehreren gleichmäßig über den Umfang verteilten Durchlaßbohrungen 30 unterbrochenen Tragflansch 32 des Turbinenrades 22 verstärken. Die Rippen 28 und der Tragflansch 32 tragen die halbtorusförmige Wand 34 des Turbinenrades, welche radial außen derart verstärkt ist, daß dort eine Zylinderfläche 36 gebildet ist, die an ihrem pumpenradseitigen Rand einen äußeren Randwulst 37 trägt, der mit dem freien Rand des später zu'beschreibenden Napfes 40 zusammenwirken kann. Im Inneren trägt die halbtorusförmige Wand 34 des Turbinenrades 22 in bei Föttinger-Kupplungen üblicher Weise eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 42, deren pumpenradseitige Kanten in der Ebene des pumpenradseitigen Rand der Turbinenradwandung 34 liegen.
  • Vor der offenen Seite des Turbinenrads 22 befindet sich das Pumpenrad 26, dessen zum Turbinenrad offene halbtorusförmige Wand 44 ähnlich wie die des Turbinenrades von Radialrippen 46 und einem ebenfalls von Bohrungen 48 durchsetzen. Tragflansch 49 getragen ist. Das Pumpenrad 26 ist mit seiner Nabe 50 mittels einer Laufbüchse 52 auf der Verschiebebüchse 20 drehbar gelagert. Seine Axiallage ist auf der einen Seite durch die Nabe 24 des Turbinenrades und auf der anderen Seite durch einen, in einer entsprechenden Nut der Büchse 20 sitzenden Sprengring 54 fixiert.
  • Das Pumpenrad ist mit Schaufeln 58 versehen, welche einstückig mit der rechten Halbschale des Gehäuses 1 an dieser sitzen und von der rechten Wand des Gehäuses in das Innere desselben ragen. Die Pumpenschaufeln 58 verlaufen wie die Turbinenschaufeln 42 in Axialebenen der Kupplung und erstrecken sich bei eingerückter Kupplung, wie sie in der oberen Hälfte der Zeichnung gezeigt ist, durch entsprechende Schlitze 59 des Pumpenrades 26 in das Innere desselben. Die Schlitze 59 sind so knapp gehalten, wie dies bei einer rationellen Fertigung ohne mechanische Nachbearbeitung der Schlitzwandungen und der Pumpenradschaufeln, beispielsweise im Druckgußverfahren, möglich ist. Damit bei ausgerückter Kupplung, also bei nach links gefahrener Arbeitseinheit, wie dies in der unteren Hälfte der Zeichnung dargestellt ist, das Innere des Pumpenrades 26 tatsächlich frei von den Pumpenradschaufeln 58 ist, verlaufen die linken Kanten der Pumpenradschaufeln nicht wie die Kanten der Turbinenradschaufeln in einer Normalebene zur Kupplungsachse. Die linken Kanten der Pumpenradschaufeln 58 sind vielmehr, wie .dies aus der Zeichnung ersichtlich ist, derart zurückgewölbt, daß sie bei ganz ausgerückter Kupplung mit der Innenoberfläche des Pumpenrades 26 zusammenfallen bzw. diese überall nur wenig um das gleiche Maß überragen.
  • Am in der Zeichnung linken Ende der Hohlwelle 7 ist der Napf 40 an dieser undrehbar und axial nicht verschiebbar befestigt. Zu diesem Zweck besitzt der in seinem äußeren Bereich z.B. aus Blech tiefgezogene Napf 40 eine z.B. im Druckgußverfahren hergestellte Nabe 60, die innen mittels einer Keilnutenprofilierung auf dem äußeren Keilnutenprofil 16 der Hohlwelle 7 sitzt. In Axialrichtung ist die Nabe 60 des Napfes 40 durch zwei Sprengringe 62 gehalten, die in entsprechenden Nuten der Hohlwelle 7 sitzen. Der Blechnapf 40 ist mit seiner Nabe 60 durch Nieten 65 verbunden. Er hat überall einen Abstand vom Gehäuse, der mindestens etwa 1 mm beträgt, damit hier keine zu großen Drehmomente durch Flüssigkeitsreibung vom Gehäuse auf den Napf übertragen werden können. Die Umfangswand des Napfes 40 ist innen und außen zylindrisch. Die innere Umfangswand 42 des Napfs läßt mit der äußeren Umfangswand 36 des Pumpenrades einen Spalt in der Größenordnung von einem halben Millimeter frei, so daß ein Druckausgleich durch diesen Spalt hindurch nur langsam erfolgen kann.
  • Eine zusätzliche Drosselstelle ist durch den Randwulst 37 des Turbinenrades bei ausgerückten Pumpenschaufeln gebildet, da dann Flüssigkeit aus dem Raum außerhalb des Pumpenrades, um in den Raum zwischen dem Turbinenrad und den Napf zu gelangen, erst die Drosselstelle zwischen dem Randwulst und dem Becherrand passieren muß. Diese Drosselstelle ist relativ eng. Ihre Grenze nach unten ist durch die Fertigungstoleranzen der vorzugsweise nicht nachgearbeiteten, z.B. im Druckguß- bzw. Tiefziehverfahren erzeugten, zusammenwirkenden Teile bestimmt.
  • Der Boden des Napfes 40 kann mit einem oder mehreren Durchtrittsbohrungen versehen sein, um einen Druckausgleich vom Raum zwischen dem Napf und der linken Gehäusestirnwand in den Raum zwischen dem Napf und dem Turbinenrad zu ermöglichen.
  • Um die zum Ausrücken der Kupplung erforderliche Kraft niedriger zu halten, können auch in der Wandung 34 des Turbinenrades gleichmäßig über den Umfang Löcher verteilt sein. Diese Löcher befinden sich dabei zweckmäßig etwa auf der Höhe des mittleren Radius der Turbinenradschaufeln.
  • Ihr Durchmesser liegt zweckmäßig bei 3 bis 10 % des mittleren Turbinenradschaufeldurchmessers. Die Anzahl der Löcher kann verschieden sein. Hier können beispielsweise 10 bis 20 Löcher über den Durchmesser verteilt sein.
  • Eine Druckfeder 68 ist bestrebt, die Arbeitseinheit 20, 22, 26 aus der oben gezeigten, eingerückten Stellung der Kupplung in die unten gezeigte, ausgerückte Stellung der Kupplung zu drücken. Diese Druckfeder stützt sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, zum freien, von außen zugänglichen mit einer inneren Kerbverzahnung 70 versehenen Ende der Hohlwelle hin auf einen Federteller 72 ab, der wiederum auf einer Innenschulter der Hohlwelle 7 aufruht.
  • Zur Abdichtung gegen das Innere der Kupplung dient ein in einer Umfangsnut des Federtellers 72 liegender O-Ring 74. Der Federteller 72 zentriert das auf ihn abgestützte Ende der Feder 68 von innen. Das andere Ende der Feder 68 ist auf eine Scheibe 75 abgestützt, die ihrerseits wiederum von einem Napf 78 abgestützt ist, der ebenso wie der Federteller 75 in der Mitte durchbrochen ist. Der Federnapf 78 besitzt mehrere, gleichmäßig über den Umfang verteilte Arme 79, welche in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise durch entsprechende Längsschlitze 80 der Hohlwelle 7 ragen und deren äußere Enden Axialkräfte übertragend mit der Schiebebüchse 20 verbunden sind. Zu diesem Zweck können die äußeren Enden der Arme 79 beispielsweise in der Zeichnung von rechts an der Kerbverzahnung 18 der Schiebebüchse 20 anliegen.
  • Wesentlich ist bei der Kupplung gemäß der Erfindung, daß ihre Festbremsdrehzahl (stallspeed) dadurch bequem an unterschiedliche Hubräume des Antriebsmotors angepaßt werden kann, daß man den Teil der Schaufeln des Pumpenrades, der bei ausgerücktem Zustand noch in das Pumpenrad hineinragt, zwischen 0 und einem entsprechend größeren Betrag verändern kann. Ist die Kupplung so wie in der Zeichnung gezeigt ausgelegt, also so, daß bei ganz nach links geschobener Arbeitseinheit die freien Kanten der Schaufeln 58 mit der Innenoberfläche des Pumpenrads abschneiden, so kann man zur Erhöhung der Festbremsdrehzahl zwischen den Federring 62 und die Schiebebüchse 20 eine entsprechend dicke Beilagscheibe einlegen. In ausgerücktem Zustand tauchen dann die Pumpenschaufeln 58 um die Dicke der Beilagscheibe in das Innere der Pumpenräder ein.
  • Der zeitliche Beginn des Einrückens der Kupplung, also der Zeitpunkt, an dem die auf die Arbeitseinheit wirkenden hydraulischen Kräfte nicht mehr bestrebt sind, die Kupplung ausgerückt zu halten, sondern in der entgegengesetzten Richtung wirken und darüber hinaus groß genug sind, um die Kraft der Feder 68 zu überwinden, kann durch verschiedene Maßnahmen beeinflußt werden. Hier kommen. in erster Linie in Frage: 1. eine Veränderung der Kraft der Feder 68, 2. die Anordnung von Entlastungsbohrungen in der Rückwand des Turbinenrades.
  • 3. Die Anordnung von Leckbohrungen in dem Boden des Napfes 40. Diese Leckbohrungen sind zweckmäßig gleichmäßig über den Umfang verteilt und auf einem Radius angeordnet, der etwa 1 cm bis 2 cm kleiner ist als der maximale Radius des Napfes 40. Diese Leckbohrungen lassen die Kupplung schneller einrücken.
  • 4. Eine Veränderung des Drehmoments. Wird die Drehzahl des Antriebsmotors abgesenkt, so verringert dies den Schluß der Kupplung und auch den Reibungswiderstand am Kerbzahnungsprofil der Hohlwelle, was wiederum zu einem früheren Einrücken der Kupplung führt.
  • 5. Die Menge und das Gewicht der Flüssigkeitsfüllung.
  • 6. Die Bemessung des Spaltes zwischen. der Innenumfangsfläche des Napfes und der Außenumfangsfläche 36 des Turbinenrades.
  • 7. Veränderung der Axiallage des Napfes oder des die Ausrückstellung der Arbeitseinheit begrenzenden Anschlags.
  • 8. Veränderung des Viskositätsreibungsspaltes zwischen der in der Zeichnung linken Stirnwand des Kupplungsgehäuses und dem Boden des Bechers 40.
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Claims (11)

  1. Ansprüche: 1. Hydrodynamische Kupplung mit einem treibenden, mit Flüssigkeit gefüllten Gehäuse, einer in oder durch das Gehäuse ragenden getriebenen Welle, einer im Gehäuse auf der Welle in ihrer Gesamtheit axial verschiebbaren, ein relativ zur Welle drehbares Pumpenrad und ein relativ zur Welle nicht drehbares Turbinenrad aufweisenden Arbeitseinheit, wobei die Pumpenschaufeln fest am Gehäuse sitzen und durch entsprechende Schlitze des Pumpenrades um ein von der axialen Verschiebelage der Arbeitseinheit abhängiges Maß in das Pumpenrad ragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß im Gehäuse (1) nahe dessen turbinenradseitiger Stirnwand (2) ein relativ zur Welle (7) weder drehbarer noch axial verschiebbarer Napf (40j angeordnet ist, der zu den Pumpenradschaufeln (58) hin offen ist, daß die Arbeitseinheit (22, 26) bei aus dem Inneren des Pumpenrades (26) ausgefahrenen Pumpenradschaufeln (58) mit ihrem Turbinenrad (22) in den Napf (40) eingeschoben ist.
  2. 2. Kupplung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Umfangswand des Napfes (40) innen und die Umfangswand (36) des Turbinenrades (34) außen zylindrisch sind und zwischen sich einen schmalen von der Flüssigkeit durchströmbaren Spalt freilassen.
  3. 3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Napf (40) mit seinem Boden an der Welle (7) befestigt ist.
  4. 4. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der von den den Strömungsraum der Arbeitseinheit (22, 26) umschließenden Wandungen (34, 44) des Turbinenrades (22) und des Pumpenrades (26) gebildete Ring in allen Verschiebelagen der Arbeitseinheit (22, 26) allseitig von der Innenoberfläche des Gehäuses (1) und des Bechers (40) einen Abstand hat, der wenigstens einen teilweisen Druckausgleich um den Ring herum erlaubt.
  5. 5. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Arbeitseinheit (22, 26j eine auf der Welle (7) verschiebbar, aber nicht drehbar gelagerte Nabe (20, 24) aufweist, und daß zwischen der Arbeitseinheit (22, 26) und der Nabe (20) axiale Flüssigkeitsdurchtritte (32, 48) vorgesehen sind.
  6. 6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen dem Napf (40) und dem Gehäuse (2) ein durchströmbarer Spalt vorgesehen ist, von dessen Breite die Flüssigkeits-Reibungskräfte zwischen dem Gehäuse (2) und dem Napf (40) abhängt.
  7. 7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h'n e t , daß der Boden des Napfes (40) in Wellennähe durchbrochen ist.
  8. 8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei ganz in den Napf (40) eingeschobenem Turbinenrad (22) zwischen dem Außenumfang des Turbinenrades (22) und dem Innenumfang des Napfes (40) mindestens eine Drosselstelle gebildet ist, welche eine Druckfortpflanzung aus dem das Pumpenrad (26) außen umgebenden Bereich in den Bereich zwischen der Napfwand und dem Turbinenrad (22) nur beschränkt zuläßt.
  9. 9. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei ganz in den Napf (40) eingeschobenem Turbinenrad (22) der pumpenradseitige äußere Rand (37) desselben mit dem Rand des Napfes (40) abschneidet.
  10. 10. Kupplung nach Anspruch 8 oder 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei ganz in das Pumpenrad (26) eingeschobenen Pumpenradschaufeln (58) das napfbodenseitige Ende der zylindrischen Außenumfangsfläche (36) des Pumpenrades mit dem Rand des Napfes (40) einen Drosselringspalt bildet.
  11. 11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Federanordnung (68) bestrebt ist, die Arbeitseinheit (20, 22, 26) in die ausgerückte Lage zu drücken.
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