DE1750311A1

DE1750311A1 - Hydraulische Turbokupplung

Info

Publication number: DE1750311A1
Application number: DE19681750311
Authority: DE
Inventors: John Bilton
Original assignee: Fluidrive Engineering Co Ltd
Current assignee: Fluidrive Engineering Co Ltd
Priority date: 1967-04-21
Filing date: 1968-04-20
Publication date: 1971-01-21
Also published as: NL6805614A; FR1561695A; NL152339B; US3486336A; GB1227944A

Description

Paientanwall Di.-Ing. Wilhelm Eeichel Frankfuri/Main-1 1750311

Parksiraße 13

5530

PLUIDEIVE ENGINEERING COMPANY LTD., Isleworth, Middlesex, Engl.

Hydraulische Turbokupplung

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen an hydraulischen Turbokupplungen von der Ausführung, in der eine Arbeitsflüssigkeit durch eine oder mehrere Öffnungen im Antreib- oder Läuferelement in den Arbeitskreis eingeführt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Füllgeschwindigkeit einer solchen hydraulisäien Kupplung zu erhöhen oder den Gegendruck zu verringern, der auf die Fällströmung insbesondere während der Zeitspanne ausgeübt wird, in der die Kupplung angehalten ist, d.h., wenn der Läufer der Kupplung sich in Ruhelage befindet, während das Antreibelement mit einer normalen Arbeitsgeschwindigkeit gedreht wird.

Die vorliegende Erfindung geht aus von einer hydraulischen Turbokupplung bestehend aus mit Schaufeln versehenen Antreib- und Läuferelementen, die zusammen einen Toroidarbeitskreis für eine Flüssigkeit bilden, wobei wenigstens eines der EIe-¹ mente mit einer oder mehreren Einlaßöffnungen zur Zuführung von Flüssigkeit versehen ist, um die Kupplung während des Betriebs zu füllen. Die Erfindung besteht darin, daß eine Abschirmung für die Einlaßöffnung oder jede Einlaßöffnung von der Wand des Arbeitskreises in die Bahn der Arbeitsflüssigkeit hineinragt, um die Flüssigkeit, die au3 der Öffnung in den Arbeitskreis eintritt, gegenüber der schnellströmenden Flüssigkeits-

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strömung rund um den Umfang des Arbeitskreises in Richtung vom radial inneren Teil des Läufers zum radial inneren Teil des Antreibelements zu schützen, v/enn die Kupplung irr, angehaltenen Zustand arbeitet.

Vorteilhaft wird eine jede solche Abschirmung durch ein kurzes Rohrstück gebildet, dessen Auslaßende abgewinkelt oder abgeschrägt sein kann, um in die Richtung der Mediumsströmung im Arbeitskreis zu zeigen.

Im angehaltenen Zustand der Kupplung ist die Geschwindigkeit der Turbulenzströmung in einer Schicht am höchsten, die dicht neben der Grenze des Arbeitskreises liegt. Die Einlaßrohre können so bemessen sein, daß sie durch diese Schicht in das Innere der Turbulenz ragen, wo die Strömungsgeschwindigkeit im angehaltenen Zustand niedriger als in der erwähnten Schicht ist.

Vorzugsweise sind die Einlaßöffnungen oder -öffnung im Antreibelement der Kupplung ausgebildet. Dies gewährleistet, daß die einströmende Arbeitsflüssigkeit einer geringeren Veränderung bezüglich des Zentrifugaldruckes oder der Fliehkraft unterworfen ist, da die Winkelgeschwindigkeitsänderung des Antreibelements gewöhnlich wesentlich kleiner als diejenige des Läufers ist. Die Strömung der Arbeitsflüssigkeit rund um den Arbeitskreis ist ferner demzufolge gleichförmiger und die daraus hervorgehende Kühlungsströmung durch die Kupplung ist folglich gleichmäßiger, wodurch weiter sichergestellt ist, daß die beträchtliche Wärmemenge zuverlässig abgeführt wird, die in der Kupplung im angehaltenen Zustand erzeugt wird.

Hydraulische Turbokupplungen enthalten normalerweise ein Ablenkteil am radial inneren Bereich des Läufers* Ein zusätzliches Ablenkte Ll kann auch an dem Antreibelement in dessen

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radial innerem Bereich tefestirt sän. Das zusätzliche Ablc?n]'teil hat vorzugsweise keinen größeren Außendurchraesser als das normale Antipurap-Ablenkbauteil (anti-surge baffle), das am Läufer angebracht ist. Das zusätzliche Ablenkbauteil dient der Zweck, die Einlaßöffnung-Abschirmungen zu unterstützen, indem es die Grens-Turbulenzstromung im angehaltenen Zustand von den abgeschirmten Einlaßöffnungen ablenkt. Es ist erwünscht, das !»aufer—Ablenkteil beizubehalten, um zu verhindern, daß Flüssigkeit durch den Spielraum zwischen dem Antreibelement und dem Lauferei ein ent am inneren Profildurchmesser des Arbeitskreises abgelenkt wird.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und lait den Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Pig. 1 einen Teil einer hydraulischen Turbokupplung im axialen Schnitt;

Pig. 2 eine Einlaßöffnung-Abschircung im Längsschnitt;

Pig. ? einen Querschnitt entlang der Linie II1-III der Fig.2;

Pig. 4 eine Stirnansicht der Abschirmung in Richtung des Pfeiles IV der Pig. 3 und

Fig. S eine der Pig. 1 entsprechende schöpfrohrgesteuerte (scoop-trimined) Turbokupplung.

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Die in Pig. 1 gezeigte hydraulische Turbokupplung besteht in der Hauptsache aus einer herkömmlichen Konstruktion, indem sie mit Schaufeln versehene Antreib- und Lauferelemente 1 und 2 aufweist, die zusammen einen Toroidkreis W für die Flüssigkeit, etwa Öl, begrenzen. Das Antreibelement 1 trägt einen inneren radialen Plansch 3, der durch Schrauben 4 an einer Antriebshülse 5 befestigt ist, die mit einer Antriebsmaschine (nicht gezeigt) verbunden ist.

In ähnlicher Weise weist der Läufer 2 einen radialen inneren Plansch 6 auf, der durch Schrauben 7 an einer Abtriebshülse 8 angeschraubt ist. Ein Ablenkteil 9, das einer Pumpoder Saugwirkung entgegenarbeitet, ist ebenfalls durch die Schrauben 7 am Flansch 6 angeschraubt.

Ein zusätzlicher Ablenkteil 10 ist entsprechend durch die Schrauben 4 am Plansch 3 des Antreibelements angeschraubt. Das zusätzliche Ablenkteil 10 kann den gleichen Außendurchmesser wie das Ablenkteil 9 aufweisen.

Öl wird in die Kupplung durch sechzehn Einlaßöffnungen 11 im Antreibelement eingeführt. Die Öffnungen 11 sind von einem ringförmigen Sammelkanal 12 im Antreibelement 1 weggeführt, in den wiederum ein oder mehrere Einlaßkanäle 13 im ortsfesten Teil 14 der Kupplungsanordnung einmünden« Das Öl verläßt den radial äußeren Teil des Arbeitskreises mit einer kontrollierten Geschwindigkeit. Dies kann durch herkömmliche Vorrichtungen (nicht gezeigt) bewirkt werden.

In jeder Einlaßöffnung 11 ist eine Abschirmung 16 befestigt, die durch ein kurzes Rohrstück (Pig. 2 bis 4) gebildet ist, wobei das Auslaßende 17 eines jeden Rohres 16 unter 45° abgewinkelt oder abgeschrägt ist, so daß es in Richtung der Grenz-

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strömung der Arbeitsflüssigkeit entlang den Wänden des Arbeitskreises zeigt. Diese Richtung verläuft am radial inneren Teil des Arbeitskreises vom Läufer zum Antreibelement und ist allgemein durch den Pfeil 18 angedeutet.

Die Stelle 19 einer jeden Abschirmung 16 ist mit einem Schlitz 20 versehen, um die Randteile 21 der Schaufeln 22 des Antreibelements 1 aufzunehmen»

In vielen Fällen ist es möglich, das zusätzliche Ablenkteil wegzulassen. Die oben beschriebene Anordnung kann den Druck um einen Faktor "4" verringern, der zu überwinden ist, wenn die Kupplung im angehaltenen Zustand (und bei großem Schlupf) gefüllt wird. Die Anordnung kann bei allen Kupplungsausführungen angewendet werden, die eine Füllströmung erfordern. Sie hat einen weiteren Vorteil im Falle einer schöpfrohrgesteuerten Flüssigkeitskupplung, wie sie z.B. in der britischen Patentschrift 798 524 gezeigt ist.

Bei·dieser Kupplungsautfuhrung wird, wenn die Antriebsmaschine abgeschaltet ist, die Arbeitsflüssigkeit in den unteren .Bereichen des Sammel- oder Speiehergehäuses gehalten, wodurch Flüssigkeitsabdichtungen an den Stellen vermieden wird, wo die Arbeitswellen aus der Kupplung herausragen. In solchen Kupplungen fließt jedoch die Arbeitsflüssigkeit im abgeschalteten Zustand allmählich in den Arbeitskreis, und zwar durch Abflußdüsen, Ventile und ähnliche Kanäle. Dies kann zu Schwierigkeiten führen, wenn der Abtrieb der Kupplung mit einer Last verbunden ist, die auch von einer anderen Antriebsquelle aus, z.B. einer zweiten Antriebsmaschine, parallel zu derjenigen angetrieben werden kann, die mit der infrage stehenden Kupplung verbunden ist. Unter solchen Umständen kann der Abtrieb der Kupplung gedreht werden.und das Vorhandensein

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einer Flüssigkeit im Arbeitskreis kann dazu führen, daß ein beträchtliches Drehmoment auf die abgeschaltete Antriebsmaschine ausgeübt wird, und daß ferner zusätzlich zur Wärmeerzeugung in der abgeschalteten Kupplung eine erhebliche Bremskraft auf die zweite Antriebsmaschine ausgeübt wird.

Unter solchen Zuständen sind nun die abgeschrägten Auslaßenden 21 der Abschirmungen 16 der Turbulenzströmung im Arbeitskreis W zugekehrt, die in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der Pfeils 18 verläuft. Die Arbeitsflüssigkeit wird demzufolge durch die Abschirmung 16 abgeschöpft und aus dem Arbeitskreis W über die Kanäle 13 abgeführt .

Fig. 5 zeigt eine schöpxrohrgesteuerte (scoop-trimmed) Kupplung, die zur Übertragung verhältnismäßig hoher Leistungen bei hohen Drehzahlen vorgesehen ist. Die Seile, die den Teilen in Pig. 1 entsprechen, sind durch die gleichen mit Strichen versehenen Bezugszahlen gekennzeichnet. Im Hinblick au!" die hohen Drehzahlen, mit denen die Kupplung laufen soll, ist der innere Profildurchmesser der Kupplung nicht viel größer als der Durchmesser der Hohlwellen 5¹ und 8', die zur Übertragung des Eingabe- und Abgabedrehmoments auf die Kupplung benötigt werden. Die Antreib- und Lauferelemente 1· und 2¹ sind demzufolge unmittelbar auf ihr-ar. eitspr sehend ε-η '/ellc-r. :' und 8' bei 23 uri 24 verkeilt, wobei die Konzentrizität durch konische Flächen 25 und 26 und kreisrunde Keilringe 27 und gewährleistet ist, die vermittels kreisrunder Kuttern festgezogen werden, die die Ablenkteile 9' und 1O¹ bilden.

Ein Antreibelement-Gehäuse 29 umgibt den läufer 2¹ und ist an einem Flansch 30 am Antreibelement 1* befestigt. Am Flansch 30 ist ferner ein Schöpfkammergehäuse 31 befestigt,

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das eine ringförmige Schöpfkammer 32 begrenzt, in der ein ochöpfrokr 33 befestigt ist, das eine Schöpföffnung 34 aufweist. Das Schöpfrohr 33 ist längs seiner Achse bewegbar, um die Lage der radial inneren Fläche des Arbeitsflüssigkeits- v±n ;es festzulegen, der sich in der Schöpf kammer 32 sammelt, wenn das Antreibeleinent umläuft. Die Schöpfkammer 32 steht reit dem radial äußersten Teil des Arbeitskreises W über Kanäle "" in Antreibelement 1* in Verbindung.

Die Ar celts flüssigkeit wird durch den Kanal 13' im ortsfesten Teil des Gehäuses in die Kupplung eingeführt. Der Kanal 13' r.:ünuex In einen ringförmigen Sanmelkanal 12' in der .Rückseite des Antreibelements 1', und der Kanal 12* mündet über die . r.ohre 1' ' _trenä.? ion Fig. 1 bis 4 in den Arbeitskreis W. Um ei no iaihl-Flüssigkeitsströmung durch den Arbeitskreis W in aller. Einstellagen des Schöpf rohre 33 zu gewährleisten, trägt das Bchöpfkammergehäuse 31 eine Anzahl von eingeschnürten Austritxsdüsen 36.

Die Rohre 1o' schütaen die in den Arbeitskreis eintretende Strötmru: gegen die direkte Einwirkung der Turbulenzströmung rund un die Grenzwand des Arbeitskreises W¹, die auftreten :.ann, wenn der Läufer 2' angehalten ist. Sie dienen ferner QeE Cwecl·:, aus der Kupplung alle Arbeitsflüssigkeit zu entfernen, die·zufällir in den Arbeitskreis W¹ eintreten kann, wenn die Kupplung abgeschaltet ist und der Laufer 2' aus irgendeinem 3rund gedreht wird. Zusätzlich zu ihren normalen Aufgaben verringern die Ablenkteile 9'und 10' die Leckströcung durch die Spielräume zwischen den Wellen 5' und 8' unter allen Betriebszuständen, einschließlich der Fälle, in denen der Läufer 2' gedreht A^ix'd, während sich das Antreibelenent. 1' in Ruhelage befindet und die Turbulenzströmung umgekehrt zur 2\ornalrichtung verläuft.

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In den oben beschriebenen Kupplungen kann die Flüssigkeit aus konstruktiven Gründen nicht unmittelbar unter Druck dem Arbeitskreis entlang der Kupplungsachse zugeführt werden, und zwar gewöhnlich deshalb, weil die notwendigerweise großen Bohrungen, die zur Übertragung der maximalen Füllströmung benötigt werden, nicht innerhalb der begrenzten Wellendurchmesser untergebracht werden können, ohne die Wellen zu schwächen. Stattdessen wird die Arbeitsflüssigkeit dem ringförmigen Kanal 12 oder 12· in der Rückseite des Antreibelements so zugeführt, daß für eine vorgegebene Antreibelementdrehzahl ein fixierter und verhältnismäßig kleiner Zentrifugaldruck zur Einführung der neuen Flüssigkeit in den Arbeitskreis W¹ zur Verfügung steht. Die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit in den Arbeitskreis eintritt, hängt hierbei zum größten Teil von dem effektiven Widerstand ab, der durch die Turbulenz innerhalb des Arbeitskreises erzeugt wird. Die abgeschirmten Einlasse 16,16· dienen dem Zweck, diesen Widerstand unter dem schlechtesten Zustand-, d.h. ,wenn der Läufer angehalten ist, auf einen annehmbaren Wert zu reduzieren. Gerade unter diesem Zustand ist im Hinblick auf eine hohe Wärmeabführung in der Kupplung die Kühlströmung am meisten erwünscht.

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Claims

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1. Hydraulische Turbokupplung bestehend aus mit Schaufeln versehenen Antreib- und Läuferelementen, die zusammen einen Toroidarbeitskreis für eine Flüssigkeit bilden, wobei wenigstens eines der Elemente mit einer oder mehreren Einlaßöffnungen zur Zuführung von Flüssigkeit versehen ist, um die Kupplung während des Betriebs zu füllen, d a d u r c h g e Ic e η η ζ e i c h ne t , daß eine Abschirmung (16,16') für die Einlaßöffnung oder jede Einlaßöffnung von der Wand des Arbeitskreises (W,W) in die Bahn der Arbeitsflüssigkeit hineinragt, um die Flüssigkeit, die aus der Öffnung in den Arbeitskreis eintritt, gegenüber der schnellströmenden Flüssigkeitsströmung rund um den Umfang des Arbeitskreises in Richtung vom radial inneren Teil des Läufers (2,2·) zum radial inneren Teil des Antreibelements (1,1') zu schützen, wenn die Kupplung im angehaltenen Zustand arbeitet.

2. Kupplung nach Anspruch 1 $ dadurchgekennz e i c h η et , daß jede derartige Abschirmung (16,16·) durch einen rohrförmigen Fortsatz gebildet ist, der die entsprechende Auslaßöffnung umgibt und in den Arbeitskreis hineinragt.

3V Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Auslaßende (17) der Rohre (16,16*) so abgewinkelt oder abgeschrägt ist, daß es im axialen Schnitt betrachtet, in die Richtung der normalen Flüssigkeitsströmung im Arbeitskreis zeigt.

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4· Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Rohre (16,16·) durch die verhältnismäßig sohneile Grenzschicht des Turbulenzringes hindurchragen, der im angehaltenen Zustand der Kupplung auftritt,

5· Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein ringförmiges Ablenkteil (10,10·) auf dem Antreibelement (1,1·) am inneren Profildurchmesser.

6. Kupplung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Läufer (2,2·) ein Antipump-Ablenkteil (9,9*) an seinem inneren Profildurchmesser trägt und daß das Antipump-Ablenkteil im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie das Ablenkteil des Antreibelements aufweist.

7· Kupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Ablenkteile (9* und 10·) Muttern bilden, durch die ihre zugeordneten Elemente (2¹ und 1') an den entsprechenden hohlen treibenden und getriebenen Teilen (8· und 5») befestigt sind.

8. Kupplung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dafi die öffnungen, die in den Arbeitskreis münden, einen ringförnigen Kanal (12,12») in dem Element (1,1») bilden, in dec sie ausgebildet sind und die Kupplung Einrichtungen (13, 13·) tathllt, die dem Kanal (12,12») Arbeitsflüssigkeit zuführen·

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