DE587616C - Anordnung zum Verhindern von Schwankungen in der Drehmomentsuebertragung bei Fluessigkeitskupplungen oder -getrieben nach Art der Foettinger-Getriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung zum Verhindern' von Schwankungen in^

- der Drehmomentsübertragung bei Flüssigkeitskupplungen oder -getrieben nach Art der Föttinger-Getriebe, bei denen die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf während des Betriebs regelbar ist, insbesondere wenn es sich um den Antrieb von Maschinen mit hohem Anlaufmoment handelt.

Damit derartige Kupplungen fähig sind, Arbeit mit hohem Wirkungsgrad zu übertragen, d. h. mit geringem Schlupf, ist es erforderlich, die Verluste infolge unregelmäßiger Bewegungen der Arbeitsflüssigkeit und BiI-dung von Wirbeln darin bei dem Umlauf der Flüssigkeit zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil möglichst klein zu machen. Daher bildet man bei Kupplungen von hohem Wirkungsgrad; die·verschiedenen zum hydraulischen Kreislauf gehörigen. Teile derart aus, daß die Kreislaufbegrenzung glatte Stromlinien aufweist, mit dem Ergebnis, daß der Strom der Arbeitsflüssigkeit beim Umlauf zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil keine plötzliche Ablenkung im Durchgang durch die die hydraulische Kupplung bildenden Teile erleidet.

Verwendet man derartige Kupplungen von hohem Wirkungsgrad bei Anlagen zur Ener-

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gieübertragung, so hat sich herausgestellt, daß unter gewissen Betriebsbedingungen heftige Schwankungen im Wert des durch die Kupplung übertragenen Drehmoments auftreten können, und zwar wegen der Unbeständigkeit, die dem zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil umlaufenden Flüssigkeitsstrom anhaftet. Ist beispielsweise die Kupplung zwischen eine mit annähernd gleichförmiger Geschwindigkeit laufende Treibmaschine und eine getriebene Maschine geschaltet, die ein hohes Anlaufmoment erfordert, so kann man bei laufender Treibmaschine die getriebene Maschine aus dem Ruhezustand anlassen, indem man Flüssigkeit in den hydraulischen Kreislauf einläßt, und umgekehrt die getriebene Maschine stillsetzen, indem man. den hydraulischen Kreislauf ent·¹ leert oder _ seinen Flüssigkeitsinhalt vermindert.

Es hat sich nun herausgestellt, daß, wenn man die getriebene Maschine in der geschilderten Weise auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigt oder verzögert, das Drehmoment bei großem Schlupf ansteigt, so daß es unmöglich ist, einen stetigen Betriebszustand in bezug auf die Geschwindigkeit des getriebenen Teils aufrechtzuerhalten. Die Erhöhungen des Drehmoments können ferner

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eine schwere Überlastung der Treibmaschine herbeiführen, besonders wenn die Trägheit der getriebenen Maschine groß ist.

Ferner wird die Kupplung dazu verwendet, eine Energiequelle von veränderlicher Geschwindigkeit mit einer ein hohes Anlaßmoment erfordernden Maschine zu verbinden. Hier kommen Erhöhungen des Drehmoments vor, wenn der Arbeitskreislauf der Kupplung ίο nur teilweise gefüllt, die Geschwindigkeit der Energiequelle verhältnismäßig gering und der Schlupf in der Kupplung groß ist.

Die Drehmomentserhöhungen dieser Art kommen wahrscheinlich folgendermaßen zustände:

Wird eine Kupplung mit teilweise gefülltem hydraulischem Kreislauf und mit hohem Schlupf betrieben, so ist der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit unregelmäßig und unbestimmt. Bei abnehmendem Schlupf aber nimmt der Umlauf eine bestimmte Form an, z. B. diejenige eines flachen Wirbelrings von hoher Geschwindigkeit. Diese Änderung der Strömung erfolgt plötzlich und verursacht eine mehr oder weniger heftige Beschleunigung des getriebenen Teils. Durch die gesteigerte Fliehkraft bricht die Flüssigkeitsströmung schließlich zusammen mit dem Ergebnis, daß das Drehmoment abfällt und der Schlupf wieder wächst, so daß das Spiel von neuem beginnen kann.

Ein Zweck der Erfindung ist, eine verbesserte Kupplung der beschriebenen Gattung von hohem Wirkungsgrad zu schaffen, bei welcher die der Anordnung innewohnende Unbeständigkeit beseitigt oder auf einen unwesentlichen Betrag vermindert ist.

Erfindungsgemäß ist in der glatten Begrenzung des Flüssigkeitskreislaufs eine Unstetigkeit vorgesehen, die den Umlauf eines flachen Flüssigkeitswirbels von hoher Geschwindigkeit verhindert, dagegen dem normalen Flüssigkeitsumlauf bei geringen Schlupfwerten nur ein verhältnismäßig kleines Hindernis bereitet. Wird die Kupplung gemäß der Erfindung mit teilweise gefülltem Kreislauf und bei verhältnismäßig hohem Schlupf betrieben, und ist die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit entsprechend hoch, so bietet die erfindungsgemäß eingeführte Unstetigkeit der umlaufenden Flüssigkeit ein Hindernis von genügender Größe, um entweder den Zustand unbeständigen Fließens zu verhindern oder die Größe der Unbeständigkeit auf einen unschädlichen Wert herabzumindern. Das Hindernis läßt sich als dauernd in dem Flüssigkeitskreislauf anbringen, und zwar derart, daß es, selbst wenn es in der Bahn der langsam umlaufenden Strömung liegt, dennoch vermöge seiner Größe und Form einen genügend großen Höchstwirkungsgrad zuläßt. Die Unstetigkeit kann demgemäß die Form von Prallkörpern haben, welche in den Kreislauf hinein vorstehen und die Flüssigkeitsdurchlässe des treibenden oder des getriebenen 6g * Teils teilweise verdecken.

Das Hindernis kann auch derart angeordnet sein, beispielsweise zum Teil oder gänzlich in einer örtlichen Erweiterung des Kreislaufs nahe der Drehachse, daß es im wesentliehen außerhalb der Bahn der umlaufenden Strömung liegt, wenn die Kupplung mit niedrigem Schlupf arbeitet und daher die Umlaufgeschwindigkeit gering ist. ·

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß sich das Hindernis bei- geringem. Schlupf aus dem hydraulischen Kreislauf wegziehen läßt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei einer Föttinger-Kupplung, deren Flüssigkeitskanäle im treibenden und getriebenen Teil einen Arbeitskreislauf mit glatter Stromlinienbegrenzung bilden, Vorrichtungen vorzusehen, die sich willkürlich in den Arbeitskreislauf einschieben lassen, um den Umlauf der Arbeitsflüssigkeit zu verändern. Solche Kupplungen sollen aber mit vollständig oder doch im wesentlichen gefülltem Kreislauf arbeiten und unterliegen daher nicht denjenigen heftigen Drehmomentsschwankungen, welche bei Kupplungen vorkommen, wo der Flüssigkeitsinhalt des Arbeitskreislaufs während des Betriebs veränderlich ist.

Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise an Hand verschiedener Formen von Flüssigkeitskupplungen, sogenannten VuI-can- oder Föttinger-Kupplungen, veranschaulicht; es sind:

Fig. ι Seitenansicht einer Ausführungsform, teilweise im Schnitt längs 1-1 der Fig. 2 geschnitten, Fig. 2 Teilschnitt längs 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 Teilschnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform entsprechend 3-3 der Fig. 4, Fig. 4 Teilschnitt längs 4-4 der Fig. 3, Fig. 5. 6 und 7 Schnitte durch weitere Ausführungsformen,

Fig. 8 Einzelansicht längs 8-8 der Fig. 7, Fig. 9 und 10 Längs- und Querschnitt durch eine noch andere Ausführungsform entsprechend den gle'ichbezifferten Pfeilen je der anderen Figur.

Bei den verschiedenen Ausführungsbeispieleni ist der treibende Teil 3 auf der Antriebswelle ι befestigt, der getriebene Teil 4 auf der Welle 2. Ein Gehäuse 5, das den Mantel des 1x5 getriebenen Teils 4 umgibt, ist am Umfang des treibenden Teils 3 befestigt und bildet damit eine Arbeitskammer für die Kuppelflüssigkeit. Der treibende Teil ist mit abwechselnd langen und kurzen Schaufeln 7 bzw. 6 versehen, die mit dem Mantel ein Stück bilden. Die Schaufeln tragen einen Leitkern 10.

In ähnlicher Weise hat auch der getriebene Teil 4 abwechselnd lange und kurze Schaufeln 9 und 8 mit einem Leitkern ι r. Die Nabe des treibenden Teils 3 oder des getriebenen Teils 4 wird von Einlassen 12 für die Flüssigkeit durchsetzt, während Auslässe 13 dem Entleeren der Arbeitskammer dienen. Ein Ventil 14 innerhalb einer Rohrleitung, welche die Arbeitsflüssigkeit unter Druck einspeist, regelt den Betrag des Zuflusses nach der Arbeitskammer.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 und 2 umgibt eine Muffe 15 die getriebene Welle 2. Die Muffe weist einen Einlaß 16 und einen Auslaß 17 für die Arbeitsflüssigkeit auf und ist durch nicht dargestellte Schrauben an einem Schlitzrohrverteiler 18 und 19 befestigt, der einen Einlaß 26 und einen Auslaß 25 für die Arbeitsflüssigkeit hat. Ein ortsfestes Fang-ίο rohr 20, das durch den Kanal 17 mit dem Auslaß-25 in Verbindung steht, ist an der Muffe 15 befestigt und liegt in einer Kammer 27, die zwischen dem Deckel 5 und einem äußeren^ am Umfang des Gehäuses 5 befestigten und gegen den Verteiler gehörig abgedichteten Deckel 21 gebildet ist. Das Außenende des Fängers 20 ist gebogen, um sich gegen die normale Bewegungsrichtung der benachbarten Kupplungsteile zu wenden. Die Auslässe 13 schließen die Arbeitskammer an die Fängerkammer 27 an.

Ein sternförmiger Prallkörper 22 mit radialen Vorsprüngen 23 ist durch Schrauben 24 an der Nabe des getriebenen Teils 4 befestigt. -35. Dabei fassen immer zwei Vorsprünge 23 in jede Lücke zwischen benachbarten langen Schaufeln 9 ein.

Die Vorrichtung wirkt in folgender Weise: Zugeführt wird der Kupplung die Flüssigkeit durch das Ventil 14, den Einlaß 26 und die Kanäle 16 und 12. In.den Arbeitskreislauf tritt die Flüssigkeit durch den Spielraum zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil ein. Solange sich überhaupt Flüssigkeit in der Arbeitskammer befindet, wird sie in beschränktem Maße durch die Öffnungen 13 abgeführt, dann von dem Fänger 20 aus der Kammer 27 herausgeschöpft und durch den Kanal 17 und den Auslaß 25 gedrückt. Daher läßt sich die Flüssigkeitsmenge in der Arbeitskammer durch Regeln des Ventils 14 beliebig ändern. Stellt sich bei verhältnismäßig geringem Flüssigkeitsinhalt und hohem Schlupf ein flacher Wirbelring von hoher Geschwindigkeit ein, so schlägt er gegen die Vorsprünge 23 und wird teilweise zerrissen, wodurch die Entstehung eines unbeständigen Strömungszustands verhindert wird. Wenn nun die Flüssigkeitsmenge im Arbeitskreislauf wächst und die Umlaufgeschwindigkeit mit der Abnahme des Schlupfes fällt, so wird die Einwirkung der Vorsprünge 23 weniger stark, und sobald die Kupplung mit geringstem Schlupf:, arbeitet, bieten diese Vorsprünge der Flüssigkeitsströmung nur noch einen unmerklichen Widerstand. Die Wirkung der Vorsprünge läßt sich leicht abstufen, indem man sie auf- oder zubiegt. Es läßt sich eine Kupplung dieser Gattung mit einem Höchstwirkungsgrad von ungefähr 98,5 °/₀ bauen, wenn der Sternkörper fehlt. Ist er vorhanden, und zwar in solcher Größe, daß gerade die Schnellwirkung genügend klein wird, um vernachlässigt werden zu können,' so sinkt der Wirkungsgrad um weniger als 1 °/₀.

Nach Fig. 3 und 4 verläßt die Flüssigkeit die Arbeitskammer durch einen Auslaß 13? im Deckel 5". Der Auslaß kann in bekannter W'eise durch einen Ringschieber 33 gesteuert werden. Das Einführen der Flüssigkeit in die Kupplung geschieht durch eine ortsfeste, die Welle 2 umgebende Muffe 30, die durch einen Ringkanal 31 sowie radiale Bohrungen der Welle 2 mit einem axialen Kanal 32 der Welle in Verbindung steht, der seinerseits über Durchlässe 12° mit der Arbeitskammer der Kupplung Verbindung hat. Bei dieser Anordnung sind die langen Schaufeln 9 des getriebenen Teils mit Prallkörpern 34 an ihrem Auslaßende versehen; die Prallkörper sind derart angeordnet, daß sie den an der Hinterseite der Schaufeln liegenden Teil des Flüssigkeitsdurchgangs abdecken, bezogen auf die normale Drehrichtung der Kupplung.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 werden die Auslässe durch Rohre 13⁶ gebildet, die von einem Ringkanal 40 im Leitkern io° des treibenden Teils 3" ausgehen, ' während Einlasse 12* in der Nabe des getriebenen Teils 4° ausgebildet sind. Der am weitesten innen liegende Teil der Flüssigkeitskupplung ist mit einer Stufe.41 versehen, die dem normalen Umlauf der Arbeitsflüssigkeit entgegensteht, und deren obere 42 und untere »05 Fläche 43 in die glatte Umgrenzung des hydraulischen Kreislaufs übergehen. Die entsprechende Umfangslinie des Kreislaufs bei einer Kupplung gewöhnlicher Bauart ist bei 44 gestrichelt angedeutet.

Bei dieser Ausführungsform dient die Stufe dazu, einen flachen Strom von hoher Geschwindigkeit zu zerreißen, füllt sich jedoch mit einem Polster von mehr oder weniger unwirksamer Flüssigkeit, sobald ein tieferer Strom von geringerer Geschwindigkeit darüber hinwegstreicht.

Bei der Anordnung nach Fig. 6 weist der" der Kupplungsdrehachse am nächsten liegende Teil des hydraulischen Kreislaufs wiederum einen erweiterten Querschnitt auf. Die am weitesten innen liegende Begrenzung dieses

Querschnitts wird durch Kurven 50 und 51 gebildet,, die so angeordnet sind, daß sie eine Art ringförmiger Tasche oder Einbuchtung bilden. Am treibenden 3* oder am getrie-.5 benen Teil 4P ist durch Schrauben 53 eine ringförmige Prallplatte 52 befestigt, die in den hydraulischen Kreislauf hineinragt. Die Begrenzungslinie des¹ normalen Kreislaufs ist bei 54 gestrichelt angedeutet. Bei einer abgeänderten Form dieser Anordnung kann man die ringförmige Tasche oder Einbuchtung fortlassen und die Prallplatte dann nur um ein kleines Stück in den Kreislauf hinein vorstehen lassen, so daß sie nur eine geringe örtliehe Minderung der Ouerschnittsfläche bewirkt.

Bei den Kupplungen der Fig. 1 bis 6 ist die in der glatten Begrenzung des hydraulischen Kreislaufs vorgesehene Unstetigkeit eine feste Größe. Bei den nunmehr folgenden Ausführungsformen dagegen sind Mittel vorgesehen, durch die eine Unstetigkeit je nach Bedarf in die glatte Umgrenzung eingeführt werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 7 und 8 umgibt die ortsfeste, zum Anliefern der Flüssigkeit dienende Muffe 30^s die Treibwelle 1. Flüssigkeit geht durch das Einlaßventil 14, einen Ringkanal 31", einen axialen Kanal 32" und Einlasse I2^d in den treibenden Teil 3^C. Die Nabe 60 des getriebenen Teils 4^C bildet ein zylindrisches Lager für einen axial beweglichen Teil 67 des getriebenen Teils, Der Teil 67 umfaßt einen Mantel 62 sowie Schaufein 63, die mit jeder zweiten Schaufel 8° des getriebenen Teils 4^C in Linie liegen. Die Mitte des treibenden Teils 3^C ist ausgeschnitten, um einen Raum 61 zu bilden, der für die Axialverschiebung des Teils 67 den erforderlichen Spielraum bietet. Mehrere, etwa drei Spindeln 64 mit Gewinde von starker Steigung sind in den Teil 67 geschraubt und bei 65 im getriebenen Teil 4^C drehbar. Verhältnismäßig schwere Schaufeln 66 sind mit Stiften an den Spindeln 64 befestigt und passen sich einem Raum zwischen dem Mantel des getriebenen Teils 4^C und dem Gehäuse 5* an. Diese Kupplung wirkt folgendermaßen:

Arbeitet die Kupplung mit geringem Schlupf und dreht sich daher der getriebene Teil 4^C verhältnismäßig rasch, so hält die Fliehkraft die Schaufeln 66 in radialer Stellung A (Fig. 8). Dabei haben die Flüssigkeitsdurchgänge durch den getriebenen Teil eine glatte Begrenzung. Vermindert sich nun der Flüssigkeitsinhalt der Arbeitskammer und wächst der Schlupf, so schlägt die im Gehäuse 5^δ entlang geführte Flüssigkeit gegen die Schaufeln 66 und dreht sie samt den Spindeln 64 in die gestrichelte Stellung B (Fig. 8). Die Drehung der Spindeln 64 dient dazu, den Teil 67 axial in den Raum 61 des treibenden Teils 3^C zu verschieben, so daß jetzt der Mantel 62 in die Durchlässe durch den getriebenen Teil hinein vorsteht und so eine Unstetigkeit in die Begrenzungsfläche des Kreislaufs einführt.

Bei der Anordnung nach Fig. 9 und 10 wird die Unstetigkeit von Schaufeln 90 eingeführt, deren jede an zwei Stangen 91 sitzt. Die Stangen 91 gleiten in Lagern 92 am Leitkern ii*. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Schaufeln entweder in den Arbeitskreislauf hineinragen können oder sich in , einen Raum 96 zurückziehen lassen, der an dem äußeren Umfang des getriebenen Teils 4^e ausgebildet ist, so daß der Kreislauf frei wird. Die Stangen 91 werden durch Federn 93 auf die Kupplungsdrehachse hingedrängt. Die Federn sitzen zwischen dem äußeren Teil des Leitkerns 11⁵ einerseits und Ringen 94 anderseits, die durch Stifte 95 an den Stangen 91 festgehalten werden.

Ist bei dieser Anordnung der Schlupf hoch und daher die- Geschwindigkeit des getriebenen Teils gering, so überwindet die Kraft der Federn 93 die auf der Drehung der Kupplung beruhende Fliehkraft, und die Schaufeln 90 werden teilweise über die' normale Begrenzungsfläche des Kreislaufs hervorgezogen. Nimmt bei wachsendem Flüssigkeitsinhalt der Arbeitskammer der Schlupf in der Kupplung ab, so überwindet die Fliehkraft die Kraft der Federn, und die Schaufeln 90 werden in die Räume 96 gezogen, also aus der Bahn des Kreislaufs heraus.

Bei den beschriebenen Ausführungsformen wird die Unterbrechung durch eine Unstetigkeit geschaffen, die, wenigstens teilweise, in einer der gekrümmten Begrenzungen des hydraulischen Arbeitskreislaufs liegt. Die Unterbrechung kann jedoch auch, ohne daß der Bereich der "Erfindung verlassen wird, durch eine Unstetigkeit der Schaufelfläche allein geschaffen sein.

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   i. Anordnung zum Verhindern von Schwankungen in der Drehmomentsübertragung bei Flüssigkeitskupplungen oder -getrieben nach Art der Föttinger-Getriebe, bei denen die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf während des Betriebs regelbar ist, insbesondere für Maschinen mit hohem Anlaufmoment, dadurch gekennzeichnet, daß in der glatten Begrenzung des Flüssigkeitskreislaufs eine Unstetigkeit (23, 34, 41, 52, 62 oder 90) vorgesehen ist, die den Umlauf eines flachen Flüssigkeitswirbels 12a von hoher Geschwindigkeit verhindert, dagegen dem normalen Flüssigkeitsumlauf

   bei geringen Schlupfwerten nur ein verhältnismäßig kleines Hindernis bereitet.
2. 2. Anordnung nach Anspruch. I, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit (23, ■ 34, 41 oder 52) .als einmal festgelegte Größe im Kreislauf fest angeordnet ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit durch: Prallkörper (23, 34, 52 oder

   90) gebildet ist, die in den Kreislauf hinein vorstehen und die Flüssigkeitsdurchlässe im treibenden oder im getriebenen Teil teilweise abdecken. ■
4. 4. Anordnung, nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,, daß bei Anordnung des Prallkörpers (52) an der der Drehachse am nächsten liegenden Stelle des Kreislaufs die Querschnittsfläche des Kreislaufs an dieser Stelle (50,- 51) erweitert ist.

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5. 5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit durch einen.sternförmigen Prallkörper (23) gebildet ist, der mit dem treibenden oder dem getriebenen Teil umläuft.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit durch eine der Umlaufströmung entgegengerichtete Stufe (41) gebildet ist, deren obere und untere Begrenzung (42 bzw. 43) in die glatte Wand des Flüssigkeitskreislaufs übergehen.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit (62 oder 90) in an sich bekannter Weise in den Kreislauf einschiebbar, z. B. in Gestalt eines Ringschiebers, angeordnet ist.
8. 8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit in an sich bekannter Weise aus einem verschiebbaren Teil (62) der Begrenzungswand des Kreislaufs besteht.
9. 9. Anordnung nach Anspruch 1, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeit in Abhängigkeit von dem *5 Schlupf selbsttätig verstellbar ist.
10. 10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,, daß die Unstetigkeit mit einem in die Arbeitsflüssigkeit eintauchenden, mit dem getriebenen Teil (4P) umlaufenden Schaufelkörper (66) verbunden ist, der durch die kinetische Energie der Arbeitsflüssigkeit verstellt werden kann, so daß bei der Verstellung des Schaufelkörpers (66) die Unstetigkeit (62) in den Kreislauf hinein oder aus ihm herausgeführt wird.
11. 11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Unstetigkeit (62,90) bei Änderung der Fliehkraft selbsttätig aus dem Kreislauf zurückzieht.

    Hierzu ι Blatt Zeichnungen