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Flüssigkeitskupplung nach Föttingerbauart, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Die Erfindung löst die Aufgabe, bei Flüssigkeitskupplungen nach Föttingerbauart
ohne Füllgradregelung, insbesondere . für Kraftfahrzeuge, die Drehmomentaufnahme
im Festbremspunkt oder bei hohem Schlupf zu vermindern.
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Bei der Verwendung einer Füllgradregelung wird die Anpassung der Drehmomentaufnahme
in der Weise erreicht, daß die Menge der Arbeitsflüssigkeit im Flüssigkeitskreislauf
während des Betriebes so verändert wird, daß sich bei hohem Schlupf wenig und bei
geringem Schlupf viel Arbeitsflüssigkeit im Kreislauf befindet. Diese Maßnahme erfordert
aber zusätzliche technische Einrichtungen, nämlich Leitungen, Pumpen und Vorratsraum,
und besondere Bedienungsmaßnahmen. Fernerhin tritt bei dieser Füllgradregelung die
Schwierigkeit auf, daß bei teilweise gefülltem Flüssigkeitskreislauf und hohem Schlupf
der Umlauf der Arbeitsflüssigkeit unregelmäßig und unbestimmt wird und zeitweise
völlig zusammenbricht, so, daß die gewünschte Drehmomentübertragung in ungeregelter
Weise gestört und zeitweise unterbrochen wird. Zur Beseitigung oder Verminderung
dieser Unbeständigkeit hat man bereits in der glatten Begrenzung des Flüssigheitskreislaufes
eine-
Unstetigkeit vorgesehen, die den ungestörten Umlauf des bei teilweiser Füllung vorhandenen
flachen Flüssigkeitswirbels von hoher Geschwindigkeit verhindert, dagegen
den normalen Flüssigkeitsumlauf bei geringen Schlupfwerten nur ein verhältnismäßig
kleines Hindernis. bereitet.
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Diese bei Kupplungen mit regelbarem Füllgrad auftretenden Schwierigkeiten,
die Drehmomentübertragung konstant zu halten, treten bei Kupplungen ohne Füllgradregelung
nicht auf, weil die im Arbeitsraum vorhandene Flüssigkeitsmenge stets gleichbleibend
oder nahezu gleichbleibend groß ist. An Stelle dessen zeigt sich der andersartige
Nachteil, daß infolge des ständig hohen Füllgrades die Drehmomentaufnahme auch im
Festbremspunkt oder bei hohem Schlupf sehr groß ist. Verwendet man daher solche
Kupplungen für Fahrzeuge, die ein mechanisches Geschwindigkeitswechselgetriebe in
Verbindung mit einer Hauptreibungskupplung oder einer Reibungsbremse aufweisen,
die auf einen Teil eines Planetenrädergetriebes einwirkt und zwecks Gangwechsels
ein- und ausgeschaltet werden kann, so sucht bei eingeschaltetem Gang und leerlaufendem
Motor das übertragene Drehmoment den Wagen aus dem Stand zu bewegen, so daß die
Fahrzeugbremse störenderweise selbst auf ebener Straße angezogen werden muß und
außerdem eine Brennstoff verbrauchende Drehmomentbelastung im Motor auftritt, die
lediglich die Kupplungsflüssigkeit erhitzt.
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Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß durch Anordnung einer
an oder nahe bei der radial inneren Grenzfläche des Arbeitskreislaufes in denselben
hineinragenden Prallscheibe die äußersten Schichten der umlaufenden Flüssigkeit
verzögert und in das Innere der Flüssigkeit hinein abgelenkt werden. Hierdurch verringert
sich die Umlaufgeschwindigkeit der Arbeitsflüssigkeit im ganzen und damit weiterhin
das von der abgebremsten Kupplung aufgenommene Drehmoment, da dieses nicht nur von
der Menge, sondern auch in sehr starkem Maße von der Umlaufgeschwindigkeit der im
Arbeitskreislauf befindlichen Flüssigkeit abhängt.
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Trotzdem stört bei passender Bemessung die Prallscheibe während der
Kraftübertragung unter kleinem Schlupf nicht, da sie weder das übertragene Drehmoment
verkleinert noch den Schlupf demzufolge vergrößert. Unter diesen Arbeitsbedingungen
ist nämlich sowohl der Schlupf als auch die Umlaufgeschwindigkeit klein und daher
die Wirkung der Prallscheibe auf die Flüssigkeit nur schwach. Außerdem kommt während
der Kraftübertragung die umlaufende Flüssigkeit mit der wie ein Wehr wirkenden Prallscheibe
überhaupt nicht oder nur wenig in Berührung, weil infolge der vorhandenen großen
Zentrifugalkraft die Flüssigkeit an der Übergangsstelle von der Turbinenschaufelung
zur Pumpenschaufelung eher dem Kernring als der äußeren Begrenzungsfläche des Kreis-Laufes
folgt.
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Die Anordnung eines passend bemessenen Bremsgliedes ermöglicht es
daher, das Drehrnomentaufnahmevermögen einer Kupplung mit gleichbleibender Füllung
oder einer Vorratskammerkupplung bei ioo°/oigem Schlupf weitgehend zu verkleinern,
ohne daß gleichzeitig während der Kraftübertragung der Schlupf vergrößert wird.
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Die Erfindung kennzeichnet sich also durch die Anwendung der an sich
bei Flüssigkeitskupplungen mit regelbarem Füllgrad benutzten Prallscheibe bei Flüssigkeitskupplungen
ohne Füllgradregelung zu dem Zweck, die Drehmomentaufnahtne im Festbremspunkt oder
bei hohem Schlupf zu verringern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Prallscheibe besteht darin, daß
die Prallscheibe schalenförmig ausgebildet und an ihrer Kante mit Schlitzen für
die Schaufeln des sie tragenden Kupplungsteils versehen ist, wobei der Umfang der
Prallscheibe unmittelbar an der Übergangsstelle vom getriebenen zum treibenden Teil
der Kupplung oder in gewissetn kurzem Abstand davon in den Kreislauf hineinragt.
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Um den Füllgrad des Kreislaufes während des Betriebes möglichst gleich
zu halten, kann man die Kupplung in an sich bekannter Weise mit einer mit dem getriebenen
Kupplungsteil verbundenen und mitumlaufenden Vorratskammer verbinden.
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Wenn die. Kupplung einem übermäßigen Drehmoment unterworfen wird,
erhält sie durch das Bremsglied einen größeren Schlupf leichter als die bekannte
Kupplung. Hierbei wird aber ihr Flüssigkeitsinhalt heißer als der der bekannten
Kupplung. Der kleine Vorratsraum ermöglicht dann die hierbei auftretende beträchtliche
Ausdehnung des in der Kupplung eingeschlossenen Flüssigkeits- und Gasinhaltes, so.
daß die Stopfbuchse vom Druck entlastet wird.
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Besondere Vorteile gibt die Prallscheibe in solchen Turbokupplungen,
die mit einem Mehrstufengeschwindigkeitsgetriebe verbunden sind, bei denen während
der Fahrt der Gang gewechselt werden soll. Bei Planetengetrieben mit Vorwähler,
beispielsweise dem im Eisenbahnverkehr viel benutzten Wilsongetrielw, kann es leicht
vorkommen, daß die miteinander zu kuppelnden Wellen mit sehr großer Geschwindigkeitsdifferenz
umlaufen, so daß entsprechend große Geschwindigkeitsunterschiede zwischen der treibenden
und der
getriebenen Welle der angeschlossenen Turbokupplung auftreten.
Beim plötzlichen Umschalten vom beispielsweise dritten: auf den vierten Gang verringert
sich die Geschwindigkeit des getriebenen Teils plötzlich und bewirkt eine entsprechende
plötzliche Vergrößerung des Schlupfes.. Hierdurch wieder vergrößert sich plötzlich
die Umlaufsgeschwindigkeit der Arbeit8flüssigkeit und bewirkt eine entsprechende
Vergrößerung des übertragenen. Drehmomentes, was. vom Reisenden als unangenehmer
Stoß empfunden wird und übrigens ungewöhnliche Belastungen im Getriebe erzeugt.
Durch die Einführung der Prallscheihe im Sinn der Erfindung wird diese Erscheinung
stark gemindert, weil die Prallscheibe durch seine verzöge rnde Wir kung das Auftreten
eines, ungewöhnlich schnellen Flüssigkeitsumlaufes verhindert.
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Die Größe der Prallscheibe wird in der Hauptsache auf das gewünschte:
Ausmaß der Verringerung derDrehmo,mentaufnabmefähigkeit hei gebremster Abtriebswelle
abgestimmt. Je größer die Prallscheibe ist, desto. stärker wird die Drehmomentaufnahmefähigkeit
verringert.
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In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Flüssi.üeitskupplung
nach der Erfindung dargestellt.
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Auf Kurbelwelle r derBrennkraftmaschine2 des, Kraftfahrzeuges sitzt
der treibende Teil 3 der Flüssigkeitskupplung. Der betriebene Kupplungsteil 4 sitzt
auf der Welle 5 und ist mit einer Vorratskammer 6 versehen, deren Fassungsvermögen
ungefähr 1/4 oder 1/s des Rauminhaltes: des ringförmigen Arbeitskreislaufes der
Flüssigkeit beträgt, und die mit dem Kreislauf .durch Kanäle 8 in Verbindung steht,
die in das Innere von als Kernleitringe ausgebildeten Bestandteile 9 und ro des
treibenden bzw. des getriebenen Kupplungsteils münden. Diese Anordnung sichert eine
selbsttätige: Regelung dies ,Flüss.igkeitsinhaltes, wie in der deutschere Patentschrift
612 031 beschrieben ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist -eine solche Kupplung
als Kupplung mit gleichbleibendem Flüssigkeitsinhalt anzusehen, da sie durch eine
Stopfbuchse z r gedichtet ist und der Gesamtinhalt an Flüssigkeit innerhalb des
Kreislaufes und des Vorratsbehälters während der ganzen, Betriebszeit nicht, veränderlich
ist.
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An die Welle 5 schließt sich ein Geschwindigkeits"wechselgetriebe
z2 an, dessen Aufbau nicht besonders dargestellt ist.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Prallscheibe 13 besitzt die
Form einer an der Nabe des getriebenen Teils 4 befestigten Ringplatte, deren: Durchmesser
so groß ist, -daß sie in den radial nach innen liegenden Bereich des Arbeitskreislaufes
an: der Verbindungsstelle zwischen dem treibenden und dem getriebenen Teil hinein
vorsteht. Diese Lage der Prallscheibe ist aus folgendem Grunde vorteilhaft: Die
Flüssigkeitsmenge in der Kupplung und der Vorratskammer ist geringer als das Gesamtvolumen
von Arbeitskreislauf und Kernraum. Sind der Schlupf und daher die Geschwindigkeit
der umlaufenden Flüssigkeit gering, so wird der Flüssigkeitsstrom, der aus denn
getriebenen Teil 4 in die Mündung des treibenden Teils 3 zurückkehrt, durch Fl:iehkraftwirkung
infolge Umlaufes der Flüssigkeit um d;ie Kupplungsachse von letzterer weggelenkt.
Daher sammelt sich Luft in der Nähe der Prallscheibe 13, und, die Flüssigkeit läßt
den radial nach, innen liebenden Teil der Kreislaufbegrenzung frei.
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Wenn, nun der Wagen: mit einbeschaltetem Getriebe und leerlaufendem
Motor angehalten wird' oder wenn durch nachlässiges Schalten während des Laufens
der Schlupf gezwungenermaßen, vergrößert wird, steigt die Umlaufsgeschwindigkeit
an und die Flüssigkeit läuft nicht mehr wie vorher dicht längsseits des Kernringes
9, to auf der nach der Kupplungsachse gerichteten Seite, sondern schmiegt sich an:
die Grenzfläche am radial inneren Teil des, getriebenen Teiles 4 an, so d.aß die
Grenzschichten: der Flüssigkeit auf die Prallscheibe 13 aufschlagen und diadurch.
nach dem Kern zu abgelenkt werden und sich mit der übrigen Flüssigkeit durcheinander
mischen. Dadurch wird die Umlaufsgeschwindigkeit in ihrer Gesamtheit verringert.
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Die Prallscheibe 13 kann auch an einer anderen als in der Zeichnung
dargestellten Stelle in den Arbeitskreislauf ragen und z. B. an dem angetriebenen.
Kuppl!unigsteil 3 an-. geordnet sein. Die Praldscheibe kann fernerhin schalenförmig
ausgebildet und an ihrer Kante mit Schlitzen für die Schaufeln 14 des sie tragenden
Kupplungsteils 4 sein, wie dies aus zeichnerischen Vereinfachungsgründen, in dem
unterhalb der Welle 5 liegenden Teil der Prallscheibee 13a dargestellt ist.