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Hydrostatische Kupplung Die Erfindung bezieht sich auf hydrostatische
Kupplungen, bei denen: ,die >;Übertragung ,des Drehmoments durch innerhalb derKupplung
angeordnete Zahnradpumpen o,d.:dgl. erfolgt. Bei einer gebräuchlichen Kupplung dieser
Art hat der mit der treibenden Welle verbundene Primärteil der Kupplung eine Reihe
von Ritzeln, .die über den Umfang der Kupplung gleichmäßig verteilt sind und mit
einem zentralen, größeren Zahnrad :des Sekundärteils kämmen. Jedes Ritzel stellt
in Verbindung mit dem zentralen Zahnrad eine Zahnradpumpe dar. Im Primärteil sind
dann ferner für jede Zahnradpumpe Saug- und Druckventile untergebracht. Die Saugventile
sind einfache Rückschlagventile, während die Druckventile als federbelastete, einstellbare
Sicherheitsventile ausgebildet sind. Wird die Kupplung in Betrieb genommen, so.
haben die Zahnradpumpen ,die Neigung, (das eingefüllte Druckmittel, vorzugsweise
Drucköl, zu fördern, jedoch stehen dieser Förderung -die federbelasteten Druckventile
entgegen:, die den Ölkreislauf sperren. Die angetriebenen Ritzel nehmen daher das
zentrale Zahnrad mit.
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Solange das durch die Kupplung übertragene Drehmoment in seiner Größe
unterhalb des eingestellten Öffnungsdruckes der Druckventile bleibt, können @diese
sich nicht öffnen, d. h. die Kupplung bleibt starr, wobei voneinem .geringen Eigenschlupf
abgesehen wird, der durch die nicht vermeidbaren kleinen Undichtigkeiten innerhalb
der Pumpen entsteht. Steigt aber das Drehmoment in, der Kupplung, beispielsweise
bei Drehschwingungen im Antriebssystem, über .den eingestellten Wert hinaus, so,
sprechen die Druckventile an und. der Ölkreislauf wird geöffnet, wodurch die Kupplung
zum Rutschen kommt. Bei Schwingungen wird dadurch das Schwingungssystem in zwei
Teile aufgetrennt, und die Schwingung bricht zusammen. Solange das
eingestellte
Maximaldrehmoment überschritten wird, bleiben, die Druckventile geöffnet und lassen
das Öl innerhalb der Zahnradpumpen umlaufen. Die Stoßenergie wird .daher
nicht, wie es etwa bei elastischen; Kupplungen der Fall ist, beim Abklingen eines
Stoßes wieder zurückgegeben. Ein Stoß wird daher nicht nur gemildert, sondern von
der Abtriebswelle fern gehalten.
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Ein Nachteil dieser bekannten hydrostatischen Kupplungen liegt nun
allerdings darin, daß der eingestellte maximale Öffnungsdruckder Druckventile während
des Betriebs der Kupplung nicht verstellt werden kann. Auch nach Stillsetzei einer
Antriebsanlage mit solchen Kupplungen eist rdas Verstellen der Druckventile umständlich,
wobei noch hinzukommt, @daß alle Druckventile für sich eingestellt werden müssen,
so daß eine absolut gleiche Einstellung für alle Druckventile kaum zu erreichen
ist. Es ist aber sehr erwünscht, auch während des Betriebs einer Anlage eine Verstellung
vornehmen zu können, um -die Einstellung der Kupplung beispielsweise der veränderlichen
Leistungs-abgabe einer Antriebsmaschine anzupassen.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Belastung der Druckventile
einer solchen hydrostatischen Kupplung nicht wie bisher durch Federn, ,Sondern durch
ein Gegendruckmittel vorzunehmen, das genau so wie das Hauptdruckmittel von außen
zugeführt wird. Hierdurch ergibt sich .die Möglichkeit, den Druck des Gegendruckmittels
außerhalb der Kupplung einstellen zu können, so.daß während des Laufes der Kupplung
?die Belastung der Druckventile geregelt werden kann, d. h. die Kupplung kann im
Betrieb auf ein jeweils verschiedenes Maximaldrehmoment eingestellt werden. Die
Druckventile der Kupplung werden zur Verwirklichung dieses Erfindungsgedankens mit
Druckkolben versehen, die an Stelle dersonst leiblichen Federur treten und den Druck
des Gegendruckmittelsystems erhalten, der durch ein außerhalb der Kupplung stationär
angeordnetes Steuerventil einstellbar ist.
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Das Gegendruckmittelsys.tem besteht zweckmäßig aus einer an den Sammelbehälter
für das Hauptdruckmittel angeschlossenen Zahnradpumpe und einem Regelventil, das
abs ÜberstrÜmventil ausgebildet ist und beispielsweise vom Regler der mit der Kupplung
ausgerüsteten Antriehsmaschine, etwa einem Dieselmotor, gesteuert wird. In diesem
Falle paßt sich .das, in -der Kupplung eingestellte Maximaldrehmoment automatisch
der jeweiligen Leistung :der Antriebsznasch.ine an.
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Ein weiteres wesentliches Kennzeichen der Erfindung besteht darin,
daß die Saug- rund Druckventile für die einzelnen. Zahnradpumpen innerhalb ,der
Kupplung konstruktiv gleich ausgebildet sind. Eine selbsttätige Umschaltung der
Ventile auf Druck- oder Saugventil erfolgt durch ein zusätzliches Klappenventil,
das zwischen dem Hauptölzufluß und der Verbindung der Ventile mit den Pumpen vorgesehen
ist und sich beim Arbeiten der Ventile als Druckventil automatisch schließt; wodurch
die jeweilige Druckseite der Pumpen gegen den Hauptölzufluß abgesperrt wird. Beim
Arbeiten ,der Ventile als Saugventil kann sich dagegen das Klappenventil unter Saugwirkung
öffnen, so daß ein Ansaugen aus dem Hauptölzufluß stattfinden kann.. Durch diese
Ausbildung der Ventile, kann die Kupplung ohne: irgendwelcheUmschaltung in beiden
Drehrichtungen arbeiten.
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In der Zeichnung isst die Erfindung durch ein Ausführungsbeispiel
veranschaulicht. Es zeigt Abb. r den Ges@arntaufbau einer Kupplung im Schnitt nach
Linie Ä-B der Abh. 2 mit .zugehörigem Schaltplan, Abb. 2 einen senkrechten Querschnitt
-durch die Kupplung nach Linie C-D, -der Abb. i und Abt. 3 einen Längsschnitt durch
ein Kupplungsventil.
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An der Antriebswelle i ist der Primärteil :2 der Kupplung durch Schrauben
3 angeflanscht. Der Primärteile, der gleichzeitig alis Schwungkranz ausgebildet
sein kann, hat zwei Außenscheiben 4, 5, die unter Zwischenschaltung von Zwischenscheiben
6, 7 durch Schraubenbolzen mit dem Primärteil 2 fest verbunden sind. Innerhalb des
Primärteils 2- sind über den Umfang gleichmäßig verteilt Bohrungen vorgesehen, die
zur Aufnahme der Ritzet 8 dienen. Diese Bohrungen öffnen sich nach der Mittelachse
zu derart, daB .die Zähne der auf Wellenbolzen ,9 gelagerten Ritzet 8 so weit vorragen,
um mit dem als zentrales Zahnrad ausgebildeten Sekundärteil io der Kupplung zu kämmen.
Zwischen dem Primärteil 2 und dem Sekundärteil io befindet sich ein Tragring ii.
Hierzu hat die Außenscheibe 4 einen unteren, nach einwärts gerichteten Flansch i2.
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Neben der Eingriffstelle der Ritzet 8 mit dem Zahnrad des Sekundärteiles
io ist der Primärteil durch taschenartige Kammern 13, 14 erweitert, die die Saug-
und Druckräume der einzelnen Zahnradpumpen darstellen.
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Anschließend an die Kammern 13, 14 erstrecken sich durch ,den Primärbeil
2 der Kupplung und die Außenscheiben' 4, 5 achsparallele Bohrungen 15, ifi,
die zur Aufnahme der Saug- und Druckventile bestimmt sind.
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Diese Ventile CAhb.3) haben ein langgestrecktes zylindrisches Ventilgehäuse
17, :das in der Mitte innerhalb des Primärteils 2 einen etwas geringeren Durchmesser
hat, so. daß zwischen der Bohrung 15 bzw. 16 des Primärteils ein Raum 18
für das Drucköd gebildet- wird. Das Ventilgehäuse 17 hat an einem Ende (Abt. 3 unten)
einen Flansch i9 und am anderen Ende ein Außengewinde, so. daß das Gehäuse mittels-
einer Mutter 2o@ festgezogen werden kann. In das Gehäuse 17 ist von einer
!Seite (Abb. 3 oben) ein hohler Ventilschaft 2-i eingesetzt, der durch einen Einsatz
22 und die Verschraubung 23 in fester Lage gehalten. wird. Der Ventilkörper 24 dieses
Ventilschaftes bildet zusammen mit einem Hohlko@lbensch,ieber 2i5 die Dichtfläche
dies Ventils, wobei sich ein etwas schräger Sitz am Hohlkolben, schieber 2.5 befindet
un'd der Ventilkörper 2.4 an der Sitzfläche einen etwas geringeren Durchmesser hat,
als der Außendurchmesser des Hohlkolbenschiebers beträgt. Am anderen Ende des Hohlkolbenschiebers
25
befindet sich unter Zwischenschaltung eines laternenartigen Zwischenstücks 26 ein
Belastungskolben 27. Das hier befindliche Ende -des Gehäuses 17 ist durch
einen Deckel 28 abgeschlossen, der .die Zuleitung 29 des Gegendruckmittelsystems
aufnimmt.
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Der erwähnte Einsatz 22 erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses
17 bis etwa ,zu einer äußeren Ringnut 30 desselben., die durch Bohrungen
3 i mit dem Innern des Gehäuses verbunden ist. !Die Ringnut 30 liegt in Höhe des
in der Außenscheibe 5 vorgesehenen Hauptölzuflusses 32.
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Von dem Einsatz 22 an befindet sich zwischen dem Ventilschaft 21 und
dem Gehäuse 17 ein Ringraum 33, der jedoch nicht bis zum Ventilkörper 24 durchgeht,
da das Gehäuse 17 nach dem Ventilkörper 24 hin einen geringeren Innendurchmesser
hat, in den, der Ventilschaft 21 dichtend einpaßt. Gegenüber dem Ringraum 33 hnt
das Gehäuse 17 auf einer Seite eine Reihe von Durchbrechungen 34. Diese sind durch
die Zunge eines Klappenventils 35 abgedeckt, das durch Schrauben, 36 am Gehäuse
17
befestigt, ist.
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Im mittleren Teil des Gehäuses 17, am Ventilsitz zwischen dem
Ventilkörper 24 und dem Hohlkolbenschieber 25, ist gegenüber dem Klappenventil 35
eine seitliche Öffnung 37 vorhanden, .die mit deim Raum 18 und weiter mit dem Ölzufluß
38 zu den Zahnradpumpen, -d. h. also mit den taschenartigen Kammern 13, 14 in Verbindung
steht. In Höhe des laternenartigen Zwischenstücks 26 hat das Gehäuse 17 schließlich
eine Öffnung 39, die mit einem Ringraum 4o der Außenscheibe 4 und weiterhin mit
der Ölabflußleitung 41 in dieser Außenscheibe 4 in Verbindung ist.
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Das Hauptdruckmittelisystem, durch das also das Drucköl für die Zahnrwdpu.mpe:n,
geliefert wird, hat einen Sammelbehälter 42, von dem aus eine Leitung 43 zur Pumpe
44 führt. Vom der Pumpe 44 gelangt das Öl über ein Filter 45 zum Öllager 46. Innerhalb
des: Öllagers 46 wird das Öl in eine zentrale Bohrung 47 der Antriebswelle i übergeleitet
und gelangt schließlich über einen Verteilraum 48 zwischen, der Antriebswelle und
der Kupplung in die Ölzuflüsse 3-2 der Außenscheibe 5 (vgl. hierzu auch Abb. 3).
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Der Druck im Hauptö.lsystem wird so eingestellt, daß das Öl mit leichtem
Überdruck, beispielsweise 2 atü, den jeweiligen Saugventilen zufließt. Hierzu dient
ein Überströmventil 49, das hinter der Pumpe 44 vorgesehen ist und auf entsprechenden
Druck eingestellt wird. Der Überlauf 5o von diesem Ventil aus führt über eine Sammelleitung
51 zum Sammelbehälter 42 zurück.
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Das Gegen!druckmitteh6ystem ist an den. gleichen Sammelbehälter 42
angeschlossen. Durch die Leitung 52 gebangt das Gegendruckö,l mittels Pumpe 53 über
Filter 54, Leitung 55 ebenfalls in das Öllager 46 und wird hier getrennt vom Hauptölstrom
durch eine zweite- Bohrung 56 der Antriebswelle i weitergeleitet. Von dem Befestigungsflansch
der Antriebswelle i au-s wird, das Öl durch Leitungen 57 weitergeführt, die durch
den Primärtei12 nach der anderen Seite ,der Kupplung durchlaufen und hier an die
Zuleitung 29 anschließen (vgl. hierzu wieder Abb. 3).
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Der Druck in diesem Gegendruckölsystem wird durch ein Überströmventil
58 eingestellt. Die Ventilfeder 59 desselben kann entweder von Hand auf eine bestimmte
Spannung eingestellt werden, bzw. dient ein Kolben 6o, dessen Kolbenstange 6i durch
ein Gestänge mit dem Regler der Antri.ebsmaschine verbunden ist, zur Einregelung,
indem die Federspannung bei erhöhter Leistung der Maschine verstärkt wird, so daß
der Druck im Gegendruekmittelsystem bei höheren, von der Kupplung zu übertragenden
Drehmomenten vergrößert wird.
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Das bei Schlupf der Kupplung durch die Ölabflußleitungem4i in der
Außenscheibe4 abfließende Öl wird von einem zusätzlichen, feststehenden Gehäuse
62 aufgefangen, von dem aus das Übergelaufene Öl durch Leitung 6-3 in die Sammelleitung
51 gelangt, die zum Sammelbehälter 42 zurückführt.
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An die Sjammelleitung sind außerdem noch zwei Leitungen 64 angeschlossen,
die aus Odem Öllager 46 austretendes Lecköl ableiten.
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Die Wirkungsweise irst folgende: Beim normalen Lauf der Kupplung steht
das der Kupplung zugeführte Hauptöl unter einem leichten Überdruck. Im Gegendrucksyste:m
ist ein so hoher Überdruck eingestellt, d.aß unter Berücksichtigung .der Druckfläche
des Belastungskolbens 27 (Abt. 3) der Hohl:-kolbenschieber 25 so, stark gegen. den
Ventilkörper 24 angepreßt wird, daß bei den als Druckventil arteiternden Ventilen
.der von den Kupplungsritze@ln 8 erzeugte Öldruck, der sich im Ölzufluß- 38 einstellt,
den Hohlkolbenschieber 25 nicht zurückdrücken kann., d. h. die Zahnradpumpen. können
nicht arbeiten. Die Kupplung ist starr gekuppelt, wobei von .geringfügigem Schlupf
durch unvermeid-1iche Leckverluste abgesehen wind. Durch den Druck im Ölzufluß 38,
der also auch im Raum 18 (Abt. 3) der Ventile herrscht, wird Idas Klappenventil
35 gegenüber dem Ölzufluß 32 geschlossen gehaltem. Steigt das über die Kupplung
übertragene Drehmoment über den durch den Druck im Gegendrucksystem eingestellten
Maximalwert an, so entsteht ein entsprechend höherer Druck im Ö1-zufluß 38, der
nun den Hohlkolbenschieber 25 mitsamt ,dem Belastungskolben 27 gegenüber Odem Druck
im Gegendrucksystem zurückschiebt. Das Ventil öffnet sich also, die Zahnradpumpen
fangen an zu arbeiten, die Kupplung schlüpft -und das geförderte Öl läuft durch
den Hohlkolbenschieber 25 hindurch in die Ölahflußleitung 41 ab, wird vom Gehäuse
6@2 aufgefangen und zum Sammelbehälter 42 zurückgeleitet. Sinkt das Drehmoment-
wieder auf den zulässigen, Wert herab, so wird durch den Druck im Gegendrucksystem
mittels des Belastungskolbens 27 der Hohlkolibenschieber 25 wieder zurückgedrückt
und die Ventilfläche zwischen Ventilkörper 24 und Hohlkolbenschieber 25 wieder geschlossen,
wonach der Kupplungsschlupf aufhört.
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Wie bereits erwähnt, dient. die in Abb. 3 dargestellte Bauart des
Ventils nicht nur als Druck-,
sondern gleichzeitig als Saugventil.
Wenn die Zahnradpumpen bei Überlastung der Kupplung arbeiten, so daß die Kupplung
schlüpft, wird vom Ölzufluß 32 aus. Öl durch den Ringraum 33 über das sich nun automatisch
öffnende Klappenventil 35 angesaugt. Das angesaugte Öl gelangt durch den Ölzufluß
38 nunmehr in umgekehrter Richtung, wie vorher beschrieben, zu den Zahnradpumpen.
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Bei, diesem Arbeiten der Ventile als. Saugventile wird .die Ventilfläche
zwischen Ventilkörper 24 und Hohlkolbenschieber 25 durch den Druck im Gegendrucksystem
immer geschlossen .gehalten, weil sich innerhalb des Raumes z$ bzw. im Ölzufluß
3$ kein erhöhter Druck einstellen kann.
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Die beschriebene Bauart der Ventile vermittelt also den Vorteil, daß
die beiden einer Zahnradpumpe zugeordneten Ventile je nach der Drehrichtungder Kupplung
wechsi-lwei:se als Saug- oder Druckventil arbeiten. Die Umstellung erfolgt automatisch
infolge des Arbeitens des Klappenventils 35, das beire. Betrieb der Ventile als
Sangventil beim Ansaugen öffnet und beim Betrieb der Ventile als Druckventil: -durch
den entsprechenden Überdruck schließt. Die Kupplung kann also ohne irgendwelche
Umistellun:g in beliebigerDrehrichtung benutzt werden, und diie Drehrichtung kann
auch während des, Betriebs beliebig geändert werden, ohne daß sich an. der gesamten
Wirkungsweise etwas ändert.