DE3939802C1 - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung mit einer mit dem Arbeitsraum verbindbaren Verzögerungskammer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine Kupplung dieser Gattung ist aus der DE-PS 14 25 394 be­ kannt. Die für diese Kupplungsbauart typische Verzögerungskam­ mer hat die Aufgabe, einen möglichst großen Anteil der in der Kupplung befindlichen Betriebsflüssigkeit während des Motoran­ laufes aufzunehmen. Dadurch kann der Antriebsmotor - insbeson­ dere Elektromotor - bei reduzierter Kupplungsfüllung mit gerin­ ger Last seine Nenndrehzahl erreichen, und erst dann soll die Betriebsflüssigkeit in den eigentlichen Arbeitsraum der Kupp­ lung eintreten und für einen sanften Anlauf der anzutreibenden Maschine sorgen.

Die bekannte Kupplung weist dazu ein fliehkraftbetätigtes Ven­ til auf, das den Zustrom von Betriebsflüssigkeit von der Verzö­ gerungskammer zum Arbeitsraum öffnet, sobald die Drehzahl hoch genug ist.

Aus der DE-PS 33 18 462 ist ferner eine Kupplung bekannt mit einer Ventilanordnung, die während des Anlaufes der Arbeitsma­ schine die Füllung im Arbeitsraum der Kupplung so regelt, daß das maximal mögliche oder zulässige Drehmoment übertragen wird. Dabei kommt es darauf an, daß der Ölstrom von der Verzögerungs­ kammer zum Arbeitsraum gerade so groß ist, daß das übertragene Drehmoment konstant bleibt. Ist nämlich der Ventilquerschnitt zu groß, so entsteht bei einer Ein-Aus-Schaltung des Betäti­ gungsventils ein sägezahnähnlicher Drehmoment-Verlauf mit großen Drehmomentschwankungen. Zur Erzielung kleiner Drehmo­ ment-Schwankungen andererseits muß der Zustromquerschnitt im Ventil klein genug sein. Dies hat aber zur Folge, daß die ange­ strebte schnelle Entleerung des Arbeitsraumes während des Mo­ toranlaufes behindert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Kupplung dahingehend weiterzubilden, daß sowohl eine schnelle Füllung der Verzögerungskammer und damit eine schnelle Entleerung des Arbeitsraumes erzielt wird, als auch, nach erfolgtem Anlauf des Antriebsmotors, eine Regelung der Ölmenge für den Arbeitsraum zur Konstanthaltung des Drehmomentes eintritt.

Diese Aufgabe wird mittels der kennzeichnenden Merkmale des An­ spruches 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, zwischen dem radial innerhalb des Arbeitsraumes der Kupplung befindlichen Stauraum und der eigentlichen Verzögerungskammer wenigstens eine zusätz­ liche Verbindung zu schaffen mit einem unabhängig von der Pri­ märdrehzahl steuerbaren Zusatzventil. Mittels dieses zusätz­ lichen Ventils kann der Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Ar­ beitsraum und der Verzögerungskammer unabhängig von der momen­ tanen Drehzahl beeinflußt werden, insbesondere so, daß sich im Arbeitsraum eine zur Übertragung eines konstanten Drehmomentes erforderliche Ölfüllung jederzeit einstellt. Gleichzeitig er­ laubt dieses zusätzliche Ventil eine rasche Öffnung der Verbin­ dung zur Verzögerungskammer und damit eine rasche Entleerung des Arbeitsraumes zum Anlauf des Antriebsmotors.

In den Unteransprüchen sind konstruktive Weiterbildungen der Erfindung angegeben. Es kann vorgesehen sein, das Zusatzventil mit einem kleineren maximalen Strömungsquerschnitt auszuführen als das fliehkraftbetätigte Ventil. Das Zusatzventil kann über einen Elektromagneten betätigt werden, wobei vorgesehen sein kann, das Zusatzventil mittels eines ersten Elektromagneten in die geöffnete und mittels eines zweiten Elektromagneten in die geschlossene Stellung zu bewegen. Das Zusatzventil kann auf einem die Drehachse die Kupplung umgreifenden Drehschieber an­ geordnet sein, wobei auch wenigstens zwei, zur Kupplungsdreh­ achse rotationssymmetrisch angeordnete Ventile vorgesehen sein können. Die Strömungsquerschnitte der Zusatzventile können als längliche Schlitze ausgebildet sein, die sich bezüglich der Kupplungsachse in radialer Richtung erstrecken oder zu dieser geneigt sind. Der die Zusatzventile tragende Drehschieber kann mittels Wälzlager am Primärschaufelrad der Kupplung gelagert sein und im Bereich der Strömungsquerschnitte Gleitflächen auf­ weisen, die entsprechenden Gleitflächen am Primärschaufelrad gegenüberstehen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Kupplung;

Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Ventilanordnung in Pfeil­ richtung in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch den Drehschieber entlang Schnittlinie III-III in Fig. 2;

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Betätigungsmagnet entlang Schnittlinie IV-IV in Fig. 2;

Fig. 5 eine alternative Bauart des Drehschiebers;

Fig. 6 einen Querschnitt durch den Drehschieber nach Fig. 5 entlang Schnittlinie VI-VI.

Die Fig. 1 zeigt eine Kupplung im Längsschnitt mit einem Pri­ märschaufelrad 1 mit Beschaufelung 5 und ein Sekundärschau­ felrad 2 mit Beschaufelung 6. Beide Schaufelräder schließen einen torusförmigen Arbeitsraum 3 zwischen sich ein. Das Pri­ märschaufelrad 1 ist mit einer nicht dargestellten Antriebsma­ schine verbunden und setzt sich in einer das Sekundärschau­ felrad 2 außen umhüllenden mitrotierenden Schale 4 fort. Das Sekundärschaufelrad 2 ist im Primärschaufelrad 1 drehbar gela­ gert und mit einer nicht dargestellten Arbeitsmaschine oder einem Fahrzeugantrieb über eine zentrale Abtriebswelle verbun­ den.

Die Beschaufelung 6 des Sekundärschaufelrades 2 setzt sich nach radial innen auf einen kleineren Durchmesser fort als die Be­ schaufelung 5 des Primärschaufelrades 1. Dadurch ist ein radial innenliegender ringförmiger Stauraum 7 gebildet. Mit dem Pri­ märschaufelrad 1 rotiert ferner eine im wesentlichen ringförmi­ ge Verzögerungskammer 8, deren Rauminhalt so bemessen ist, daß sie die ganze Betriebsflüssigkeitsmenge aufnehmen kann, mit der auch der Arbeitsraum 3 gefüllt werden kann.

Der Flüssigkeitsaustausch erfolgt über zwei Ventilsysteme 10 und 13 sowie einen ständig geöffneten Verbindungskanal 9 zwi­ schen dem Arbeitsraum 3 und der Verzögerungskammer 8. Das eine Ventil 10, von dem vorzugsweise mehrere an der Kupplung vorge­ sehen sind, ist ein für sich allein bekanntes Drehschieberven­ til. Es umfaßt ein Fliehgewicht 11, welches bei hoher Primär­ drehzahl gegen die Kraft einer Feder 12 ein Übertreten von Be­ triebsflüssigkeit vom Stauraum 7 in die Verzögerungskammer 8 einleitet. Das andere Ventil 13 ist ein elektromagnetisch fern­ betätigbares Zusatzventil, welches ebenfalls eine Kanalverbin­ dung 21 und 22 zwischen dem Stauraum 7 und der Verzögerungs­ kammer 8 herstellt.

Wie auch aus der Fig. 2, einer Stirnansicht in Richtung der Kupplungsdrehachse, hervorgeht, sind zwei solcher Zusatzventile 13 vorgesehen. Sie umfassen einen am Primärschaufelrad 1 inner­ halb der Verzögerungskammer 8 koaxial angeordneten Drehschieber 17, der gegenüber dem Primärschaufelrad 1 über ein Wälzlager 19 drehbar gelagert ist. Der Drehschieber weist Steuerschlitze 18 auf, welche mit entsprechenden Steuerschlitzen 18a an einem feststehenden Ventilkörper 20 zur Deckung gebracht werden kön­ nen. Zur Verdrehung des Drehschiebers 17 dienen zwei Elektro­ magnete, die am Ventilkörper 20 befestigt sind, und zwar ein erster Magnet 14 zum Öffnen und ein zweiter Magnet 15 zum Schließen des Ventils. Beide Magnete 14 und 15 sind vorzugswei­ se diametral zueinander angeordnet und üben ihre Kraft auf An­ kerplatten 16 aus, die am Drehschieber 17 befestigt sind. Bei Betätigung des ersten Magnets 14 wird der Drehschieber in die Stellung gezogen, bei der die Steuerschlitze 18 und 18a einan­ der gegenüberstehen. Dadurch ist eine Verbindung geschaffen vom Arbeitsraum 3 über Kanäle 22 und einen Ringkanal 21 zur Verzö­ gerungskammer 8. Bei Betätigung des zweiten Magneten 15 ist diese Verbindung unterbrochen. Es besteht somit die Möglich­ keit, über eine Fernsteuerung den Arbeitsraum 3 der Kupplung willkürlich unabhängig von der Funktion der Fliehkraftventile 10 bei beliebiger Drehzahl zu entleeren, falls die Speicherka­ pazität des Stauraumes 7 in bestimmten Betriebszuständen nicht ausreicht.

Die Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch die Zusatzventil-An­ ordnung 13 mit dem Ventilkörper 20, dem darauf befestigten Magneten 14, den auf dem Wälzlager 19 gelagerten Drehschieber 17 mit den Steuerschlitzen 18 und 18a.

Die Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen der Magneten, z.B. den ersten Magneten 14, seiner Befestigung am Ventilkörper 20 sowie die Ankerplatte 16. In der dargestellten Lage liegt die Ankerplatte 16 an den Magnetpolen an, so daß der Drehschie­ ber 17 die in Fig. 2 gezeigte Lage einnimmt.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine alternative Bauart der Ventil­ einrichtung. Vorgesehen sind insgesamt vier Ventile 13, um eine noch schnellere Entleerung des Arbeitsraumes 3 zu ermöglichen. Der Übersichtlichkeit halber sind die Fliehkraftventile 10 nicht dargestellt. Insbesondere aus Fig. 6 ist zu erkennen, daß die Steuerschlitze 18 langgestreckt und gegenüber der radialen Richtung geneigt ausgebildet sind. Um eine zuverlässige Dicht­ heit zu erreichen, können der Drehschieber 17 und der Ventil­ körper 20 so ausgebildet sein, daß sie sich nur im Bereich um die Steuerschlitze herum an Gleitflächen 23 und 24 berühren. Eine Halterung 25 sorgt dabei für eine sichere Führung.

Claims (9)

1. Hydrodynamische Kupplung mit den folgenden Merkmalen:.

• a) ein Primärschaufelrad (1) und ein Sekundärschaufelrad (2) bilden miteinander einen mit Arbeitsflüssigkeit füllbaren torusförmigen Arbeitsraum (3);
• b) radial innerhalb des Arbeitsraumes (3) befindet sich ein zur vorübergehenden Aufnahme von Arbeitsflüssigkeit geeigneter Stauraum (7), der zum Arbeitsraum hin offen ist;
• c) mit dem Primärschaufelrad (1) rotieren die Wände einer Verzögerungskammer (8), die ebenfalls zum vorübergehen­ den Speichern von Arbeitsflüssigkeit geeignet ist;
• d) die Verzögerungskammer (8) ist in ihrem radial äußeren Bereich über Entleeröffnungen (9), die als ungesteuerte Drosselbohrungen ausgebildet sind, mit dem Arbeitsraum (3) verbunden;
• e) die Verzögerungskammer (8) ist in ihrem radial inneren Bereich über wenigstens ein fliehkraftbetätigtes Ventil (10) mit dem Stauraum (7) verbunden;
• f) das fliehkraftbetätigte Ventil (10) ist im Bereich ho­ her Primärdrehzahlen durch die Kraft eines Fliehgewich­ tes (11) geschlossen, im Bereich mittlerer und kleine­ rer Primärdrehzahlen dagegen geöffnet, und zwar durch die Kraft einer der Fliehkraft entgegenwirkenden Feder (12);
• g) dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Stauraum (7) und der Verzögerungskammer (8) wenigstens eine zusätz­ liche Verbindung vorhanden ist mit einem unabhängig von der Primärdrehzahl steuerbaren Zusatzventil (13).

2. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Zusatzventil (13) einen kleineren maxima­ len Strömungsquerschnitt aufweist als das fliehkraftbetä­ tigte Ventil (10).

3. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzventil (13) mittels eines Elektromagneten (14, 15) betätigbar ist.

4. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß - wie an sich bekannt - das Zusatzventil (13) mittels eines ersten Elektromagneten (14) in die geöffnete und mittels eines zweiten Elektromagneten (15) in die ge­ schlossene Stellung umschaltbar ist.

5. Hydrodynamische Kupplung nach einem der bisherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, zur Kupplungsdrehachse rotationssymmetrisch angeordnete Zusatz­ ventile (13) vorgesehen sind.

6. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Öffnungen (18) der Zusatzventile (13) auf einem gemeinsamen, die Drehachse umgreifenden Drehschieber (17) angeordnet sind.

7. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsquerschnitte der Zusatz­ ventile (13) als längliche Schlitze (18, 18a) ausgebildet sind, die sich bezüglich der Kupplungsachse in radialer Richtung erstrecken oder zu dieser Richtung ein wenig ge­ neigt sind.

8. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (17) mittels eines Wälzlagers (19) am Primärschaufelrad (1) gelagert ist.

9. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Drehschieber (17) nur im Bereich der Strömungsquerschnitte Gleitflächen (23) aufweist, die ent­ sprechenden Gleitflächen (24) am Primärschaufelrad gegen­ überstehen.