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Hydrostatische Überlastungskupplung Die Erfindung betrifft eine hydrostatische
Überlastungskupplung für beide Drehrichtungen, bei der der Primärteil und der Sekundärteil
der Kupplung zusammen eine in einem geschlossenen, die Betriebsflüssigkeit enthaltenen
Gehäuse angeordnete Zahnradpumpe bilden, die die Betriebsflüssigkeit aus einem Saugraum
innerhalb des Gehäuses in einen mit jenem durch ein Überdruckventil verbundenen
Druckraum innerhalb des Gehäuses fördert.
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Es sind bereits hydrostatische überlastungskupplungen bekannt, bei
denen der Primärteil und der Sekundärteil zusammen eine Zahnradpumpe bilden. Bei
einer bekannten Konstruktion, die als Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen
unter Verwendung einer auf der Welle drehbar gelagerten Zusatzschwungmasse ausgebildet
ist, ist diese Zusatzschwungmasse mit der Welle durch eine nach Art einer positiv
wirkenden rotierenden Flüssigkeitspumpe an sich bekannter Ausführung (z. B. Kolbenpumpe,
Zahnradpumpe od.gl.) ausgebildeten Kupplung verbunden, deren die Druckräume sperrenden
Auslaßventile so belastet sind, daß sie erst bei Überschreiten eines bestimmten
Druckes öffnen, der höher liegt, als dem größten ohne Berücksichtigung von Drehschwingungen
zwischen Welle und Zusatzschwungmasse, zu übertragenden Drehmoment entspricht. Die
Verbindung zwischen Welle und Zusatzschwungmasse wirkt dann außerhalb des Bereiches
von Torsionsschwingungen als starre Kupplung. Hierbei handelt es sich jedoch -J
ganz abgesehen
davon, daß die Konstruktion außerordentlich umständlich
ist - nicht um eine Überlastungskupplung im eigentlichen Sinn, d. h. nicht um eine
Kupplung zwischen Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine, vielmehr sitzt die bekannte
Vorrichtung auf einer durchgehenden Welle.
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Es ist ferner eine Vorrichtung zur Verhütung von Wellenbrüchen, hervorgerufen
durch Resonanzschwingungen von auf der Welle gelagerten Massen, wobei die Welle
im Knotenpunkt oder in den Knotenpunkten der Schwingungen unterteilt ist, bekannt.
Diese Einrichtung ist wie die obengenannte Einrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen
ausgebildet, mit der Abänderung, daß sie nicht auf einer durchgehenden Welle sitzt,
sondern daß hier die eine Welle mit einem Teil der Pumpe und die andere Welle mit
dem die Pumpe umschließenden Gehäuse verbunden ist.
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Eine andere bekannte Konstruktion betrifft eine Vorrichtung zum Verhüten
schädlicher Beanspruchungen an Antrieben mit Schwungrädern, wobei zwischen dem Schwungrad
und der Antriebswelle eine hydrostatische Kupplung mit Überlastungsventilen angeordnet
ist. Hierbei stützen sich die Überdruckventile durch ihre Belastungsfeder gegen
durch starke Federn belastete Kolben ab, welche den Ausgangskanal bis auf kleine
Offnungen absperren. Bei dieser Konstruktion ist jedoch die Betriebsflüssigkeit
im Gegensatz zu der vorgenannten nicht vollständig mit der Zahnradpumpe zusammen
im abgeschlossenen Kupplungsgehäuse enthalten, sondern sie wird durch die hohl ausgebildete
Abtriebswelle aus einem Vorratsbehälter zugeführt. Außerdem ist die letztgenannte
Kupplung nur für eine Drehrichtung verwendbar.
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Bei den anderen vorgenannten Einrichtungen ist zwar eine Verwendbarkeit
für beide Drehrichtungen gegeben, jedoch mit dem Nachteil, daß bei Drehrichtungswechsel
die Druck- und Saugräume vertauscht werden. Da mindestens eine der beiden Wellen
durch das Gehäuse geführt werden muß, kann bei einem Drehrichtungswechsel der mit
der Wellendurchführung verbundene Teil des Gehäuseinneren als Druckraum benutzt
sein, so daß ein Teil der Betriebsflüssigkeit zwischen Welle und Gehäusebohrung
austreten kann.
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Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, eine hydrostatische
Überlastungskupplung zur Erzeugung eines konstanten bzw. nur gering veränderlichen
Moments bei Betrieb mit einer unter Umständen stark veränderlichen Drehzahl der
angetriebenen Maschine zu schaffen, die für beide Drehrichtungen verwendbar ist,
und bei der, unabhängig von der Drehrichtung der eintreibenden Welle, die innerhalb
des Gehäuses liegenden Saug- und Druckräume nicht miteinander vertauscht werden.
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Die neue hydrostatische Überlastungskupplung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht an der eintreibenden Welle befestigten Pumpenräder frei drehbar (d.
h. ohne Achse oder Welle) in einem Pumpenblock gelagert sind, der in dem vorgenannten
Gehäuse begrenzt drehbar ist und die die Druckflüssigkeit führenden Kanäle so steuert,
daß unabhängig von der Drehrichtung der eintreibenden Welle die Förderrichtung für
die Betriebsflüssigkeit stets die gleiche ist, womit ständig der eine Raum den Saug-
und der andere den Druckraum bildet.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig.I zeigt den perspektivischen Schnitt für ein Erfindungsbeispiel
und Fig. 2 und 3 ein Beispiel für die konstruktive Lösung.
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Die in dem geschlossenen Gehäuse I untergebrachte Kupplung ist mit
der Büchse 2 auf dem Wellenstumpf des Antriebsmotors aufgekeilt. Zwischen den Gleitbacken
3, 4, welche im Gehäuse starr befestigt sind, ist der Pumpenblock 5, um 9o° schwenkbar
und an der Gehäusewand gleitend, abdichtend untergebracht. Der Pumpenblock 5 enthält
drei geschliffene Bohrungen, in denen die beiden Außenräder 6, 7 frei drehbar, jedoch
mit dem Mittelzahnrad 8 kämmend liegen, während das Mittelzahnrad mit der Welle
9 fest verbunden ist. In den ebenfalls geschliffenen Gleitbacken 3, 4 sind die Saug-
IO und Druckkanäle I I untergebracht. Die Teile 3 bis I I bilden zusammen eine Zahnradpumpe,
welche aus dem Saugraum I2 die Betriebsflüssigkeit ansaugt und sie in den Druckraum
I3 drückt. Saug- und Druckraum sind durch eine oder mehrere Bohrungen I4 verbunden,
die je durch ein Überdruckventil I5 geschlossen sind. Die Spannung der Belastungsfeder
I6 wird durch eine Schraubspindel I7 eingestellt. Durch Verdrehen des Pumpenblockes
5 um 9o° werden die, im Beispiel je zwei, Saug- und Druckkanäle vertauscht. Dabei
wird bei beiden Drehrichtungen aus dem gleichen Raum I2 gesaugt und in den gleichen
Raum I3 gedrückt. Dieses stellt einen besonderen Vorteil der Erfindung dar, weil
aus dem Druckraum I3 keine bewegten Teile nach außen geführt werden. Die Herausführung
der Welle 9 durch das Gehäuse I geschieht aus dem Saugraum I2, in welchem immer
ein gewisser Unterdruck herrscht, so daß die Abdichtung erleichtert wird.
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Die Funktion der Kupplung ist folgende: Beim Einschalten des Antriebsmotors
nimmt das Kupplungsgehäuse an der Drehung sofort teil, während zunächst die austreibende
Welle stehenbleibt. Die Zahnräder 6 und 7 wälzen sich auf dem stillstehenden Rad
8 ab. Durch die bekannte Pumpenwirkung dieser Zahnradzusammenstellung wird das sich
ringförmig einstellende Betriebsöl durch die Saugkanäle angesaugt und durch die
Druckkanäle i i in den Druckraum 13 gepreßt. Bis zur Füllung des Raumes 13 hält
dieser Pumpenvorgang an. Danach steigt der Druck im Raum 13, so daß sich der Öldruck
auf die Zahnflanken auswirken kann. Die relativen Bewegungen der Zahnräder werden,
wenn die Zahnflankenkräfte das Lastmoment aufzuwiegen vermögen, verzögert bis zur
praktischen Blockierung, so daß - abgesehen von Undichtigkeitsverlusten - dann die
austreibende Welle ohne Schlupf mit der 1lotordrehzahl mitläuft.
Wird
nun das Lastmoment größer als der Einstellung des Überdruckventils entspricht, so
ist die Pumpe bestrebt, weiteres Öl zu fördern und erhöht damit den Öldruck im Druckraum,
so daß sich das Ventil I5 öffnet und Öl in den Saugraum I2 zurückströmen läßt. Dadurch
wird eine relative Bewegung zwischen den Zahnrädern ermöglicht, so daß die Abtriebsdrehzahl
sinkt. Unter Vernachlässigung der praktisch bedeutungslosen Strömungswiderstände
bei geöffnetem Ventil und der für die Öffnung des Ventils notwendigen Arbeit ist
das jeweils von der Ventileinstellung abhängige übertragbare Maximalmoment konstant.
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Das Umschalten von einer auf die andere Drehrichtung geschieht durch
das Verdrehen des Pumpenblocks um 9o°. Dieses erfolgt selbsttätig, teils infolge
der Trägheit des Blocks, teils weil sich die Pumpenräder beim Rücklauf gegen das
Lastmoment abstützen.
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Als Ventil kann entweder ein federgesteuertes Überdruckventil mit
Einstellung des Federdruckes oder eine der Fliehkraft unterliegende Kugel oder eine
Kombination von beiden sowie jede andere Ventilkonstruktion Verwendung finden (vgl.
Fig 7, 8, 9). Zur Feineinstellung der Druckwerte kann ferner eine Variation der
Druckhöhe der der Fliehkraft unterliegenden Ölsäule herangezogen werden. Das Ventil
kann wahlweise für den jeweiligen Betriebsfall fest eingestellt oder durch Herausführen
eines an sich bekannten Betätigungsgliedes während des Betriebes steuerbar gemacht
werden.
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In der beschriebenen Anordnung ist die Kupplung nur für kleine Durchmesser
und kleine Drehzahlen geeignet, da die Fliehkraft dem Sog der Pumpe entgegenwirkt.
Nach den Fig. 4, 5, 6 läßt sich jedoch die Pumpe aus einem Hohlzahnrad und zwei
normalen Außenzahnrädern bilden, so daß die Saug- und Druckstellen am äußeren Umfang
liegen. Dabei fließt das Öl in jedem Falle der Saugstelle zu.
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Die Kupplung kann sowohl als eine Überlastungskupplung als auch als
Schlupfkupplung verwendet werden, je nachdem wie die Drehzahl des antreibenden Motors
gewählt wird. Liegt sie stets höher als die der Abtriebsdrehzahl, so ist immer ein
Schlupf vorhanden, und das gewünschte Maximalmoment wird ständig eingehalten. Die
Drehzahl der abtreibenden Welle stellt sich dabei in Abhängigkeit von der Charakteristik
der angetriebenen Maschinen ein. Wird jedoch die antreibende Drehzahl so gewählt,
daß sie der abtreibenden Drehzahl gleich ist, so wird bei Widerstandsmomenten, die
unter dem Maximalmoment liegen, kein Schlupf in der Kupplung auftreten, so lange,
bis eventuell das Maximalmoment durch entsprechende Belastung abgenommen wird. In
diesem Fall wird die abtreibende Drehzahl bei Einhaltung dieses Maximalmomentes
absinken.