DE1475479A1 - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

• Hydrodynamische Kupplung Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung. Diese weist in einem Gehäuse je ein mit Schaufeln versehenes Schöpf- und Turbinenrad auf.
• I@n Prinzip ist diese Kupplung bereits bekannt. Von einer hydrodynamischen Kupplung wird oft eine möglichst kleine Härte verlangt, d.h. daß das Verhältnis des Momentes M#00, welches 1oo % des Schlupfes bei eingestellter Turbine, zum Moment M#, welches 2-3 1 des Schlupfes bei vollem Lauf der Turbine entspricht, klein wird, soweit es nur möglich ist, und zwar nur etwas größer als Eins. Dabei soll die Charakteristik der Verlaufes dieses Verhältnisses während des Anlaufes der Turbine möglichst flach sein und soll sich dem idealen Verlauf nach dem Diagramm Fig. 1 an beigelegter Zeichnung nähern. Solch eine Kupplung ermöglicht dann z.B. eine Verwendung von Asynchronmotoren mit einem Kurzschlußläufer auch zum Antrieb von Ar-beitsmaschinen mit einem schweren Anlauf. Sie ist auch als Moment- begrenzer verwendbar, als sogenannte überlastete Kupplung u.ä. Eine einfache hydrodynamische Kupplung ohne irgendwelche Zurichtungen besitzt eine @ärte, welche größer ist als Das große moment bei kleinem Schlupf läßt sich durch Verringerung der umlaufenden Flüssigkeitsmenge entweder durch Verminderung der Füllung herabsetzen, oder durch Verringerung der Schnelligkeit der unlaufenden Flüssigkeit oder auch zugleich mittels beider Durchführungsarten. Dies wird entweder mittels äußerer Regulationseingriffe oder selbsttätig mittels verschiedener Speicher, Trennwände usw. erzielt, eventuell mittels asymmetrischer Profile an den Kupplungsläufern.
• Durch die erwähnten Zurichtungen läßt sich bei den hydrodynamischen Kupplungen ohne äußere Regulierung als niedrigste @ärte etwa

  1c01 " 2 bis 2,S erreichen,

  ,.j3

  Es werden auch schräge Schaufeln verwendet, die in Fig. 2 im Querschnitt und in Fig. 2 a in dung abgewickelten Zylinderschnitt in der Ebene A - A dargestellt sind, wo 1 das Schöpfrad und 2 das Turbinenrad bezeichnet. Wie aus Fig. 2 a ersichtlich ist, sind sowohl die Schaufeln des Schöpfrades 1 als auch des Turbinenrades 2 gegenüber der angedeuteten Umdrehungsrichtung unter dem Winkel @> 90° nachläufig geneigt. Mit einer Vergrößrung des Winkels # sinkt die Härte und läßt sich so praktisch wieder bis etwa auf den Wert 2 bis 2,5 herabsetzen. wünschenswert ist jedoch noch eine wei- tere Herabsetzung der Härte, nach Möglichkeit bis auf 1,25 resp. 1,3.

  Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,

  die Nachteile der bekannten Kupplungen zu vermeiden und

  eine Kupplung mit möglichst geringer Hirte zu schaffen,

  die sich durch einfachen Aufbau, geringe Verluste und

  Störunanfilligkeit auszeichnet. Bei der hydrodynamischen

  Kupplung der Erfindung wird zur Erzielung der verlangten

  Härösinderung die Erkenntnis ausgenützt, daß bei nach-

  läufig geneigten Schaufeln die Kupplung ein gleich großes

  Moment bei doppelter umlaufender Flüssigkeitsmenge über-

  trägt: Ein unerwßnscht großes Moment bei großer Schlupf

  läßt sich also durch Herabsetzung, ebenso wie auch durch

  Vergrößerung der U4laufmenge verringern. Da bei große!

  Schlupl meistens große Eintrittsverluste vorkommen, lgßt

  sich durch Verminderung dieser Verluste die Umlaufsenge

  vergrößern und damit das Obertragungssosent herabsetzen.

  Nach der Erfindung erreicht man die erwähnte Wirkung durch die besondere Ausbildung der Schaufeln der Kupplung, welche sich dadurch kennzeichnen, daß die austretenden Teile der Schaufeln des Schöpfrades in der Umdrehungsrichtung nachläufig geneigt sind, während die Austrittsteile der Schaufeln des Turbinenrades gegenüber der Umdrehungsrichtune vorgeneigt sind, wobei die Eintrittsteile der Schaufeln von mindest einem der beiden Räder bekannte Mittel zur Herabsetzung der Eintrittsverluste aufweisen, wie Abrundungen der anlaufenden Kanten, Krümmungen, einführende Schaufeln usw. hie besondere Ausbildung der schiefen ebenen Schaufeln liegt darin, daß sie entweder abgerundete oder andere geformte Kanten haben, oder es sind vor den anlaufenden Kanten einführende Schaufeln eingelegt, oder es sind ihre Eintritt3tee 1e so ^ekrfimmt, dar, ihre laufenden Kanten unter den Winkeln im 3e reich der Einflußwinkel der Flüssigkeit beginnen. Außerdem können die anlaufenden Kanten des Schöpfrades radial sein, während sie bei den Turbinenrad um beliebige Winkel geneigt werden können. Ebenso kann man die Kupplung auch mit dünnwandigen oder geformten räumlich derart gekrümmten Schaufeln versehen, daß die Eintrittswinkel der anlaufenden Kanten im Bereiche der Einflußwinkel der Flüssigkeit liegen. @lle diese erwähnten Beschaffungen nach der Erfindung, welche zur Herabsetzung der Härte führen, können durch weitere Verbesserungen ergänzt werden, die darin liegen daß die Schaufeln des Schöpfrades verkürzt sind und auf einem größeren Radius beginnen, auf welchen die Schaufeln des Turbinenrades enden. Dadurch verengt sich der Winkelbereich, unter welchem die Flüssigkeit in das Schöpfrad eintritt, und dadurch auch die Eintrittsverluste. Außerdem läßt sich in allen erwähnten Fällen eine Erweiterung des Betriebsbereiches der Kupplung erreichen und zwar durch vorzeitiges Beenden des Mantels des Turbinenrades, so daß sich die Ausmundung des aktiven Raumes des Turbinenrades in den Speicher der Flüssigkeit bei den innerer. Umfang, des aktiven Raumes der Kupplung ausbildet. Die Erfindung ist an Beispielen erläutert, die in schematischer Form in der Zeichnung dargestellt ist, und zwar in den Fig. 3 bis 9.

  Fig. 3, 4 und S Querschnitte der Kupplungsräder mit schie

  fen ebenen Schaufele nach abgewickeltes

  Walzschnitten A » A in Fit. 3 a, 4 a und

  S a und entsprechend e # 8 in Fit. 3 b

  4 b und S b,

  Fit. 6 ' einen Querschnitt der Kupplungsridir mit

  schief geschwenkten ebenen Schaufeln nach

  den Stirnansichten Fit. ß a des Schöpf-

  rades und Fit. b b des Turbinenrades.

  Fig. 7 einen Que rschnitt der Kupplung mit rins#

  eich gekrümmten Schaufeln nach abgerik#

  kalten Wallschnitten A - A in Fit. 7 a

  und B - 8 in Fig. 7 b.

  Fig. 8 einen Querschnitt der Kupplungsräder mit

  den verkürzten Schaufeln des Schöpfrades.

  Fig. 9 einen Querschnitt der Kupplunxsrider mit

  den Flüssigkeitsbehälte:.

  In allen Ausführungsbeispielen gilt die gleiche Bezeich-

  nung 1 für das Schöpfrad und 2 für das Turbinenrad.

  Die Kupplung nach Fig. 3 besitzt schiefe ebene Sehsufel%

  deren Eintrittsteile der Kanten bei den Schöpf rade f der

  Ebene A - A in Fig. 3 a und bei dem Turbinenrad 2 in

  der Ebene B - B in Fig. 3 b so abgerundet sind, daB

  die i:intrittsverluste zum größten Teil herabgesetzt wer-

  den. Die Austrittsteile der Schaufelkanten sind suge-

  schärft, damit dis Totwasserverluste geringer werden.

  Gie Winkel der Zuschrägung i c der Schaufeln des

  Schöpfrades 1 und f T der Schaufeln des Turbinenrades

  2 sind beide gleich, so daß die mittleren Austrittswin#

  kel der beiden Schaufeln Supplenentwinkel sind, d.i.

  AC 1 AT t M 190o,

  Das ist aber nicht unbedingt* Voraussetzung.

  Die Kupplung nach Fig. 4 enthält schiefe ebene Schaufeln wie die vorherige, aber zur Herabsetzung der Eintrittsverluste sind vor den Fintrittsteilen der Kanten einführende Formschaufeln 3 eingelegt bei den Schöpfrad 1 in Fig. 4.a und 3 bei den Turbinenrad Z in Fig. 4 b. Die Kupplung nach Fig. 5 ist mit schiefen ebenen Schaufeln ausgerüstet, wie die beiden vorherigen, aber die Eintrittsteile der Schaufeln sind so eingebogen, daß sie unter dem Winkel beginnen, der im Bereich 4 in Fig. 5 a oder 5 in Fig. 5 b der Einflußwinkel der Flüssigkeit ist, d.i. zwischen den Winkeln, die den Mußersten Betriebsständen der Kupplung entsprechen. Die Kupplung nach Fig. 6 enthält schiefe ebene Schaufeln, ausgeführt nach Fig. 3, 4 oder 5, wobei die Anlaufkanten 1o der Schaufeln des Schöpfrades 1 - rig. 6 a radial verlaufen, dagegen verlaufen die Anlaufkanten 2o der Schaufeln des Turbinenrades Z - Fig 6 b um den Winkel 6 auf eine beliebige Seite gegenüber der radialen Richtung verschwenkt. Das Aufdrehen der Schaufeln wird mit Vorteil auf die Weise durchgeführt, daß die Austrittswinkel der beiden Schaufeln (s. Fig. 3 a, 3 b) Supplementwinkel werden, d. f . #C I + # T z = 18o° Die Kupplung nach Fig. 7 besitzt dünnwandige oder geformte Schaufeln, räumlich so gekrümmt, daß die Austrittswinkel Supplementwinkel worden (was jedoch nicht Bedingung ist). Die Eintrittswinkel laden im Bereich 4 (Fig. 7 a) und 5 (Fig. 7 b) der Linflußwinkel der Eltissipkeit. Die Kupplung nach Fig. R enthält Schaufeln, die auf be-liebige Art von den beschriebenen Verfahren ausgeführt sind, aber die Schaufeln des Schöpfrades 1 sind am Anfang gekürzt, so daß sie an des Radius R#, der größer als der Radius R#ist, beginnen, auf welchen die Schaufeln des Turbinenrades 2 enden. Wie schon angeführt, verengt sich hiermit der Bereich der Winkel, unter Welchem die Flüssigkeit in das Schöpfrad eintritt und damit auch die Eintrittsverluste. Die Kupplung nach Fig. 9 besitzt Schaufeln, die auf be-liebige Art entsprechend den vorher beschriebenen Bauwei- sen ausgeführt sind, aber der Mantel des Turbinenrades ist vorzeitig mittels der Kante 6 beendet. Wenn die Zen-@rifugalkraft C# der relativen Strömung, 4.i. des Flüssigkeitsumlaufes, die Zentrifugalkraft C# der Führungsbewegung, d.i. der Rotation der Turbine, überwindet, weicht die Flüssigkeit hinter der Kante 6 aus den Umlauf und füllt den Speicher 7, der sich bei dem inneren Aktivraum der Kupplung befindet. Dadurch verringert sich die umlaufende Menge der Flüssigkeit und mit dieser auch das Übertragene Moment. Da bei den hydrodynamischen Kupplungen der Erfindung noch zur Herabsetzung des Moments eine Vor- größerung der Umlaufschnelligkeit der Flüssigkeit ausgenützt wird, ist die Zentrifugalkraft C# ausreichend, damit die Flüssigkeit in den Behälter 7 schon bei verhältnismäßig niedrigem Schlupf ausweicht. Die Momentherab-setzung, die durch Verringerung der Füllung erreicht wird macht sich so im größeren Teil des Betriebsbereiches gel- tend als bei den axialbeendetsn Schaufeln ( ß C 2 s P T 1 9 wie sie laufend Anwendung finden.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e : 1, Hydrodynamische Kupplung, bestehend aus je einem mit Schaufeln versehemn Schuf- und Turbinenrad, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsteile der Schaufeln des Schöpfrades (1) zu der Bewegungsrichtung nachläufig geneigt sind, während die Austrittsteile der Schaufeln des Turbinenrades (2) zu der Bewegunrsrichtung vorgebogen sind, wobei die Eintrittsteile der Schaufeln zumindest des einen der Räder (1, 2) bekannte Mittel aufweisen, wie sie durch Abrundung der anlaufenden Kanten, durch Krüm mung, mittels einführender Schaufeln zur Herabsetzung der Eintrittsverluste angewandt werden, 2. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanten der Eintrittsteile der schiefen ebenen Schaufeln zumindest hei einem der Räder (1, 2) abgerundet oder anders geformt sind. 3. Hydrodynamische Kupplung mach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei einem der Räder (1,2 ) vor die anlau-fenden Kanten der Eintrittsteile der schiefen ebenen Schaufeln stromlinienförmige einführende Schaufeln eingesetzt sind (3, 3 - Fig. 4 a, 4 b). 4. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsteile der Kanten dar schiefen ebenen Schaufeln mindestens bei eines der Räder (1, 2) so gekrümmt sind, daß sie unter einem Winkel beginnen, der im Bereich (4, S) zwischen den Einströmungswinkelh liegt, 5. Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche 2 bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß die anlaufenden Kanten der Schaufeln (1o) des Schöpfrades (1) radial sind, wogegen die anfallenden Schaufelkanten (2o) des Turbinenrades (2) in der Stirnfläche gegen die radiale Richtung geschwenkt sind. 6. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1, dadurch ,gekennzeichnet, daß ihre dünnwandigen oder stromlinienförmigen Schaufeln räumlich so gekrümmt sind, daß ihre Eintrittswinkel in Bereichen (4, S - Fig. 7 a, 7 b) der Einflugwinkel der Flüssigkeit liegen. 7. Hydrodynamische Kupplung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Schöpfrades (1) am Radius (R#) beginnen, der größer ist, als der Radius (R#), an welcher die Schaufeln des Turbinenrades (2 Fig. 8) enden. Rr Hydrodynamische Kupplung nach einem der Ansprüche i bis 79 dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivraum des Turbinenrades (2) durch vorzeiti-ge 3aendigung des Mantels (6) in den Flüssigkeitsspei- cher (7) bei des inneren Umfang des Aktivraumes der Kupplung ausmündet.