DE677299C - Fluessigkeitskupplung nach Foettingerbauart - Google Patents
Fluessigkeitskupplung nach FoettingerbauartInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
- F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
- F16D33/18—Details
- F16D33/20—Shape of wheels, blades, or channels with respect to function
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Flüssigkeitskupplung nach Art der Föttingergetriebe
mit einem, ringförmigen hydraulischen Kreislauf für die Arbeitsflüssigkeit, der· durch
einen Treiber und einen dazu konaxialen Läufer, beide mit Schaufeln, gebildet wird.
Die Anordnung ist derart getroffen, daß die Arbeitsflüssigkeit aus dem Treiber unmittelbar
in den Läufer und von dort wieder unmittelbar zurück in den Treiber tritt, so daß
das Übersetzungsverhältnis der Drehmomente ι : ι ist. Es sind Mittel vorgesehen, den
Flüssigkeitsgehalt des hydraulischen Kreislaufes während des Laufs der Kupplung zu
verändern.
Derartige Kupplungen können so gebaut sein, daß sie trotz verhältnismäßig geringer
Größe die Energie mit hohem Wirkungsgrad übertragen, beispielsweise mit mehr als
ao 98 °/0, wenn der Kreislauf gefüllt ist. Unter
gewissen Betriebsbedingungen jedoch treten. bei solchen mit hohem Wirkungsgrad ausgezeichneten
Kupplungen heftige Schwankungen im Wert des übertragenen Drehmoments
auf. Beispielsweise sei eine bekannte Anordnung betrachtet, bei welcher eine Vulkankupplung,
mit den treibenden und den getriebenen Schaufeln in Ebenen, welche die Kupplungsachse
enthalten, zwischen eine Treibmaschine und eine getriebene Maschine von hoher Trägheit geschaltet ist. Bei dieser Anordnung
läßt sich bei laufender Treibmaschine die getriebene Maschine aus dem Ruhezustand
in Bewegung setzen, indem man dem Flüssigkeitskreislauf der Kupplung Flüssigkeit zuführt,
und die getriebene Maschine läßt sich verzögern oder stillsetzen, indem man den Kreislauf teilweise oder ganz leert. Hier hat
sich nun gezeigt, daß beim Beschleunigen oder Verzögern der getriebenen Maschine, je nachdem
bis zu einer gewissen Geschwindigkeit und bei hohem Schlupf unerwünschte Drehmomentanstiege
auftreten, und zwar so beträchtliche, daß die Anordnung für gewisse
Verwendungsfälle unbrauchbar -wird.
Versuche legen folgende Erklärung dafür nahe: Angenommen die treibende Maschine läuft
mit voller Geschwindigkeit und die getriebene steht still bei leerem Kreislauf. Jetzt wird
Flüssigkeit in die Kupplung gespeist, und infolge der hohen Relatiygeschwindigkeit werden
Flüssigkeitsteilchen gegen die feststehenden Läuferschaufeln geschjeudert; dem Läufer
wird ein'zum Überwinden des Belastungswiderstandes hinreichendes Drehmoment aufgedrückt.
Unter diesen Umständen, eine
waagerechte Kupplungsachse vorausgesetzt, führt die Schwerkraft dazu, daß Flüssigkeit
im oberen Teil des Läufers nach dem Einl des Treiberkreislaufes zurückstrebt, währ^
Flüssigkeit im unteren Teil des Läufers dem äußersten Teil des Kreislaufs strebt*
Somit entsteht ein Teilumlauf der Flüssig-1 keit zwischen dem Treiber und" dem Läufer
von genügendem Ausmaß, um das erforderliehe-Anlaufdrehmoment
zu erzeugen.
Wenn nun der Läufer ungefähr ein Drittel der Treibergeschwindigkeit erreicht, so genügt die auf der Läuferdrehung beruhende
Fliehkraft, die Rückbeförderung nach dem Treibereinlaß infolge der Schwerkraft zu
überwinden, und es wird daher die Flüssig-Keit im Läuferkreislauf nach dessen äußerstem
Teil geschleudert, wo sie sich sammelt. Der Teilumlauf, der bisher zum Beschleunigen
des Läufers aus dem Ruhezustande wirksam war, hört daher auf. In .diesem Zustande
wird die Flüssigkeit im äußersten Teil des Läuferkreislaufes durch den- Vorbeigang der
Treiberschaufeln heftig aufgewühlt, aber das Drehmoment fällt plötzlich auf einen geringen
Wert ab, da nur ein -geringer oder gar kein Flüssigkeitsumlauf besteht.
Der Rauminhalt des Flüssigkeitsringes, der sich jetzt am äußersten Teil des Läuferkreislaufes
gesammelt hat, nimmt wegen des weiteren Füllens und wegen der Fliehkraft, welche den radial nach innen gelegenen Teil
des Kreislaufes weiter entleert, oder auch aus beiden Gründen zu, bis er den radial nach,
innen gelegenen Teil des Kernleitringes im
hydraulischen Kreislauf, überflutet und damit einen Wirbelkreislauf um diesen Ring einleitet.
.
In ähnlicher Weise beginnt auch bei Kupp?
4Q. lungen ohne Kernleitring, sobald der Rauminhalt der im äußersten Teil des Läufers angesammelten
Flüssigkeit einen... kritischen Wert übersteigt, eine Wirbelbewegung an die
Stelle des vorausgehenden unbestimmten Auf-45,
wühlens zu treten. : .
Infolge der so hervorgerufenen schwachen Wirbelbewegung verkleinert sich der Winkel,
den der aus dem Treiber kommende Flüssigkeitssirom mit den Läuferschaufeln bildet-,
50- mit dem Ergebnis, daß der Umlauf kräftiger wird, der Winkel sich, daher noch weiter vermindert, bis plötzlich· ein flacher, aber sehr
kräftiger Wirbelring vorhanden ist, und das Drehmoment plötzlich auf einen sehr hohen
5Si Wert, ansteigt. Dieser Zustand bleibt, aber:
nicht, sondern der Wirbelring wird.schwächer und bricht aus mehreren Gründen, zusammen,
zu denen folgender gehört:
Die hohe Umlaufgeschwindigkeit schafft
60. einen plötzlichen Rückdruck, der Flüssigkeit aus dem Arbeitskreislauf/ hinausdrückt;, fer
ner Wird, ein Teil des Lmlaufstromes dadurch
festgehalten, daß die Flächen der radial einärts liegenden Kupplungsteile feucht werden,
.ch dem Abreißen des Wirbelringes wird Flüssigkeit wiederum in den äußeren Teil
Läufers geschleudert, wo sie sich samelt, und das Spiel wiederholt sich.
Derartige Anstiege dauern an, bis sich der Schlupf genügend vermindert, um die BiI-dung
eines, bleibenden Wirbelringes zuzulassen; danach wird der Trieb stetig aufrechterhalten.
Eine ähnliche Erscheinung tritt auch beim Verzögern der getriebenen Maschine
auf.
Die Erfindung nach Patent 587 616 schlägt
die Anwendung von Mitteln, z.-B. Prallplatten, vor, welche die plötzliche Bildung
eines dünnen Wirbelringes verhindern. Können derartige Einrichtungen auch in beiriedigender
Weise die Größe der Kraftanstiege beschränken, so verhindern sie doch nicht in allen Fällen den plötzlichen Abfall des Drehmomentes,
der dem Anstieg vorausging.
Wesentlicher Zweck der Erfindung ist, eine Kupplung dieser Gattung zu schaffen,
bei welcher die Neigung zu Kraftanstiegen beseitigt oder doch beträchtlich verringert
und der vorausgehende plötzliche Drehmqmentabfall möglichst gering ist.
. -Es. hat sich gezeigt, daß ein entscheidender, die Leistung derartiger Kupplungen beim
Füllen und Entleeren beherrschender Umstand auf den Winkeln beruht, den die Treiberund
Läuferschaufeln mit den Übergängen zwischen Treiber und Läufer bilden. In diesem Sinne kennzeichnet sich die Erfindung
dadurch, daß an wenigstens einer der Übergangsstellen
vom treibenden zum getriebenen Teil die Pumpen- und Turbinenschaufelenden
in bekannter Weise relativ zueinander geneigt sind, und zwar unter einem Winkel von nicht
weniger als 221Z2 0 und nicht mehr als 900,
so daß. während des Füllens und Entleerens der Kupplung das Auftreten von Drehmoment-Schwankungen
verhindert wird. Dadurch gelingt es, den Durchgang von Flüssigkeit
von dem treibenden Teil in den getriebenen Teil und umgekehrt bei der Beschleunigung
des getriebenen Teils, .zu hemmen oder zu fordern,
mit der Folge, daß das plötzliche Zusammenbrechen und:Wiederbilden des Wirbelrings verhindert wird. .
. Das Merkmal der Relativneigung der Schaufelenden zueinander ist an sich einer.
druckschriftlich vorveröffentlichten Zeichnung zu, entnehmen, deren zugehörige Beschreibung
jedoch die gezeichnete Kraftübertragungseinrichtung nicht als Kupplung, sondern
irrigerweise als Momentwandler anspricht. Nach der Erfindung wird dieses bekannte
Merkmal jedoch bei. Kupplungen angewen-
det, die durch Verändern der Flüssigkeitsmenge im Kreislauf während des Betriebes
regelbar sind und bei denen daher die; dabei ,auftretenden Schwierigkeiten beseitigt
werden.
Weitere Merkmale der Erfindung beziehen-' sich auf besondere Vorschriften für die Neigung
der Schaufeln.
Auf der Zeichnung -ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es sind:
Fig. ι Längsschnitt durch die Kupplung, Fig. 2 Stirnansicht des Läufers in Richtung
der Pfeile 2-2 der Fig. i, gewisse Teile zur Verdeutlichung weggebrochen,
t5 Fig. 3 abgewickelter Schnitt durch den hydraulischen Kreislauf, gesehen in Richtung
der Pfeile 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4 und 5 abgewickelte Schnitte ähnlich Fig- 3, jedoch für zwei abgeänderte Ausführungsformen,
Fig. 6 Stirnansicht von einem Teil des Läufers einer weiter abgeänderten Kupplungsform, gewisse Teile weggebrochen,
Fig. 7 Abwicklung der Schaufeln nach Fig. 6, radial nach innen gesehen.
Nach Fig. 1 bis 3 umfassen der Treiber und der Läufer Mantelschalen 3 bzw. 4, deren
Naben auf eine Treibwelle 1 bzw. eine Getriebewelle 2 gekeilt sind. Diese Mantel liegen
aufeinander zugekehrt und bilden eine ringförmige Kreislaufkammer mit einem Kernleitring, der aus gleichartigen Ringen 6 und 7
zusammengesetzt ist. Die Ringe werden am Treiber bzw. Läufer durch Gruppen abwechselnd
langer und kurzer Schaufeln, 8 und 9 am Treiber, 10 und 11 am Läufer,
gehalten. Der hydraulische Kreislauf wird also durch die Mantelschalen und die Kernleitringe
begrenzt, und die den Kreislauf bildenden Flüssigkeitsdurchlässe befinden sich
zwischen benachbarten Schaufeln 8 und 9 am Treiber sowie benachbarten Schaufeln 10 und
11 am Läufer. Der Hinflußübergang 20 und der Rückflußübergang 21 zwischen· Treiber
und Läufer liegen in einer gemeinsamen, zur Kupplungsdrehachse senkrechten Ebene.
Ein Schalengehäuse 5, das am Umfang des Treibermantels 3 befestigt ist, umschließt die
Rückseite des Läufers und bildet zusammen mit dem Treiber eine geschlossene Arbeitskammer.
Nahe dem Umfang des Treibers sind Auslaßkanäle-12 ausgebildet, die sich
durch einen Ringschieber 13 bekannter Art steuern lassen, der die Kanäle während des
Laufs der Kupplung zu öffnen und zu schließen vermag.
Die Vorrichtung zum Zuspeisen von Flüssigkeit in den Flüssigkeitskreislauf während
des Betriebes der Kupplung umfaßt eine ortsfeste, die Treib welle 1 umgebende Muffe 14
mit einer Ringkammer ιό, die mit. einem Einlaßanschluß 15 . in Verbindung steht.
Radiale Kanäle 17 in der Welle 1, die von der Kammer 16 ausgehen, stehen durch eine
..; axiale Bohrung 18 mit schrägen Auslassen 19
/'.in Verbindung, so daß Flüssigkeit aus dem
Anschluß 15 in den Flüssigkeitskreislauf strömen kann.
Die Treiberschaufeln 8 und 9 liegen in Ebenen, welche die Kupplungsachse enthalten,
stehen also zu der Übergangsebene senkrecht, während die Läuferschaufeln 10 und 11 zwar
auch eben, jedoch zu der Übergangsebene unter einem Winkel von ungefähr 450 geneigt
sind, in der Weise, daß die Eintrittskanten den Austrittskanten in bezug auf die normale
Kupplungsdrehrichtung entsprechend den Pfeilen der Fig. 2 und 3 nacheilen. Der abgewickelte
Kreislaufschnitt nach Fig. 3 zeigt, daß die Flüssigkeitsdurchlässe am Rückflußübergang
21 eine Richtungsänderung von 45 ° erfahren, und dieselbe Richtungsänderung
findet am Hinflußübergang 20 statt.
Diese Art von Kupplung unterliegt keinen Kraftanstiegen und ergibt einen Höchstwert
des Wirkungsgrades, welcher sich demjenigen nähert, wie er unter entsprechenden Verhältnissen
bei der gewöhnlichen Vulkankupplung erreicht wird, bei der beide Schaufelsätze senkrecht zu der Übergangsebene stehen.
Beobachtungsschwierigkeiten haben verhindert, die Strömungszustände in dieser Kupplung
zu bestimmen. Es ist aber anzunehmen, daß, da der Winkel zwischen der aus dem Treiber tretenden Strömung und den Läuferschaufeln
geringer als bei der üblichen Art von Kupplung ist, die erste stabile Wirbelströmung
früher zustande kommt, so daß der Trieb stetig aufgenommen wird, während die Bildung eines unstabilen Wirbelkreislaufes-100
hoher Geschwindigkeit durch die hemmende Wirkung des vergrößerten Winkels verhindert
wird, den der Rückfluß mit den Treiberschaufeln bildet.
Man erkennt somit, daß bei zu kleinem Winkel zwischen den Läuferschaufeln und
der Übergangsebene das kleinste Schlupfdrehmpmentverhältnis
der Kupplung zu hoch ist, während bei zu großem Winkel der Läuferschaufeln
Anstiege vorkommen. Die Nei- no gung muß also derart gewählt werden, daß
die Richtungsänderung der Kreislaufkanäle an der Übergangsebene einerseits nicht genügt,
den Wirkungsgrad der Kupplung ernstlich zu beeinträchtigen, nichtsdestoweniger aber
groß genug ist, um Anstiege bis auf einen schädlichen Wert, der von den Umständen
abhängt, zu verhindern. Handelt es sich beispielsweise um Antrieb durch Elektromotor,
so ist die Größe des noch zulässigen Anstieges nach der zulässigen Momentanüberlastung
des Motors zu bestimmen.
Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, die zwar frei von Anstiegen ist, bei der
jedoch der kleinste Schlupf unter gegebenen Verhältnissen beträchtlich höher als bei der
ersten Ausführungsform ist. Die Ausführungsform nach Fig. 4 gestattet aber, daß das
Drehmoment, bei welchem die Kupplung stillsteht, einen beträchtlichen geringeren Wert
aufweist, als bei der gewöhnlichen Vulkankupplung möglich ist. Eine solche Form erscheint
also in Fällen nützlich, wo· es wesentlich ist, das übertragbare Höchstdrehmoment
zu beschränken. In diesem Falle sind die Treiberschaufeln ebenso wie bei Fig. 1 bis 3
ausgebildet. Die Läuferschaufeln 10' und 11'
dagegen zwischen dem Mantel 4' und dem Kernring 7' weichen insofern von den Schaufeln
der Fig. 2 ab, als die Eintrittskanten in bezug auf die normale Umlauf richtung voreilen,
wie der Pfeil angibt.
Bei der Anordnung nach Fig. 5, deren Schlupfcharakteristik derjenigen nach Fig. 4
ähnlich ist und die gleichfalls frei von Anstiegen ist, stimmt der Läufer mit demjenigen
nach Fig. 1 bis 3 überein, während die Treiberschaufeln 8' und 9/ zwischen Mantel 3' und
Kernring 6' zu der Übergangsebene um 450 geneigt sind, und zwar in solcher Richtung,
daß die Kanten in bezug auf die normale Umlauf richtung gemäß dem Pfeil nacheilen.
Es lassen sich Kupplungen nach der Erfindung auch mit Schaufeln bauen, welche nicht
eben sind. Beispielsweise können die Schaufelkanten des einen Kupplungselementes gegenüber
dem einen Übergang unter einem Winkel voreilend geneigt sein, gegenüber dem
anderen Übergang senkrecht stehen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 und 7 sind die
Treiberschaufeln eben und stehen senkrecht zur Übergangsebene, wie man aus Fig. 7 erkennt,
wo die Mantel der Kupplungselemente weggelassen sind. Der Läufer umfaßt einen Mantel 4" und einen Kernring 7", wie vorher
beschrieben, zwischen denen abwechselnd lange und kurze Schaufeln 10" und 11" derart
angeordnet sind, daß ihre in radialer Richtung einwärts liegenden Teile eben sind und
senkrecht zur Übergangsebene liegen, während die radial nach außen gelegenen Teile gekrümmt
sind, und zwar so, daß die Eintrittskanten unter einem Winkel von 61J1I2 0 zu
der Übergangsebene liegen und in bezug auf die normale Umlaufrichtung gemäß den Pfei-.
len voreilen. Das kleinste Schlupfdrehmomentverhältnis
dieser Kupplung ist gering, so daß sich ein hoher Wirkungsgrad 'mit einer bei
gegebener Leistung verhältnismäßig kleinen Kupplung erzielen läßt. Die Kupplung unterliegt
'aber nur geringen Anstiegen, die für gewisse Verwendungsfälle unschädlich sind.
Wird bei der Kupplung nach Fig. 6 und 7 der Winkel zwischen den Eintrittskanten der
Läuferschaufeln und der Übergangsebene auf 45° herabgesetzt, so ist die Kupplung von
Anstiegen frei; aber der Schlupf wächst auf ungefähr das Doppelte desjenigen der gewöhnlichen
Vulkankupplung. Doch ist der Wirkungsgrad nichtsdestoweniger etwas
höher als bei der Kupplung nach Fig. 1 bis 3.
Man erkennt, daß die an Hand der Zeichnungen beschriebenen Schaufelanordnungen,
bei denen am Übergang zwischen Treiber und Läufer eine beträchtliche Richtungsänderung
geschaffen ist, bei der Durchführung der Erfindung innerhalb der angegebenen Werte
auch verändert werden können. Aber wegen der sehr großen Anzahl von Schaufelanordnungen,
die man wählen kann, ist es unmöglich, die Grenzen der Abweichung zu bestimmen, jenseits deren der Zweck der Erfindung
nicht mehr erreicht werden würde.
Claims (6)
- Patentansprüche:i. Strömungskupplung nach Föttingerbauart mit einer Vorrichtung zum Verändern der Flüssigkeitsmenge im Kreislauf während des Betriebes, besonders für Maschinen von großer Trägheit, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer der Übertragungsstellen (20 oder 21) vom treibenden (3) zum getriebenen Teil (4) die Pumpen- und Turbinenschaufelenden in bekannter Weise relativ zueinander geneigt sind, und zwar unter einem Winkel von nicht weniger als 221Z2 0 und nicht mehr als 900, so daß während des Füllens und Entleerens der Kupplung das Auftreten von Drehmomentschwankungen verhindert wird.
- 2. Kupplung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Neigung der Läuferschaufeln (10 und 11) gegenüber dem Hinfluß- und dem Rückflußübergang (20 bzw. 21), daß die Kanten in bezug auf die normale Drehrichtung der Kupplung nacheilen.
- 3. Kupplung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine solche Neigung der Läuferschaufeln (10' und ii' oder 10" und no 11") gegenüber dem Hinflußübergang (20), daß die Kanten gegenüber der normalen Umlaufrichtung der Kupplung voreilen.
- 4. Kupplung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Neigung der Läuferschaufeln (10' und 11') gegenüber dem Hin- und Rückflußübergang (20 bzw. 21), daß die Kanten gegenüber der normalen Umlauf richtung der Kupplung voreilen.
- 5. Kupplung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine solche Krümmung derLäuferschaufeln (io" und ii"), daß die Auslaßenden zu dem Rückflußübergang (21) senkrecht stehen.
- 6. Kupplung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche Neigung der Treiberschaufeln (8' und 9') gegenüber dem Hinfluß- und Rückflußübergang (20 bzw. 21), daß die Kanten gegenüber der normalen Umlaufrichtung der Kupplung nacheilen.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB677299X | 1932-07-12 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE677299C true DE677299C (de) | 1939-06-22 |
Family
ID=10492195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DES109992D Expired DE677299C (de) | 1932-07-12 | 1933-07-05 | Fluessigkeitskupplung nach Foettingerbauart |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE677299C (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE758017C (de) * | 1939-10-05 | 1954-06-14 | Gustav Dr Bauer | Entleerungsvorrichtung fuer Fluessigkeits-Stroemungskupplungen oder -getriebe |
DE1094112B (de) * | 1957-05-10 | 1960-12-01 | Daimler Benz Ag | Hydrodynamische Kupplung, insbesondere fuer Kraftfahrzeuge |
DE1197763B (de) * | 1957-08-07 | 1965-07-29 | Daimler Benz Ag | Hydrodynamisch-mechanisches Wechselgetriebe fuer Kraftfahrzeuge |
US6578709B1 (en) | 2001-07-19 | 2003-06-17 | Hollister Incorporated | Urinary catheter package and lubricator therefor with combined gripping and sealing means |
US6602244B2 (en) | 2001-07-19 | 2003-08-05 | Hollister Incorporated | Lubricating and gripping device for urinary catheter package |
-
1933
- 1933-07-05 DE DES109992D patent/DE677299C/de not_active Expired
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6578709B1 (en) | 2001-07-19 | 2003-06-17 | Hollister Incorporated | Urinary catheter package and lubricator therefor with combined gripping and sealing means |
US6602244B2 (en) | 2001-07-19 | 2003-08-05 | Hollister Incorporated | Lubricating and gripping device for urinary catheter package |
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