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Hydraulische Turbokupplung
Die Erfindung betrifft hydraulische Turbokupplungen mit einem oder mehreren Schnellab- la#ventilen, die dazu dienen, die Arbeitskammer rasch zu entleeren. Derartige Ventile besitzen einen Ventilkörper, der einen Auslass beherrscht und dessen eine'seite unter. der Wirkung des Zentrifugaldruckes der in der Arbeitskammer enthaltenen Flüssigkeit und dessen andere Seite unter dem Druck der auf sie wirkenden Aribeitsflü : ssig- keit steht. Bei normaler Arbeitsweise der Turbokupplung ist die Schliesskraft, die auf das Schnell- afblassventil wirkt, z. ufolge der zentrifugalen Abhebekraft, die auf die Aussenseite des Ventiles, z.
B. eine Ventilplatte, wirkt, grösser als die öffnungskraft, die eine Folge des auf seine Innenseite wirkenden Druckes ist ; dies zufolge der Tatsache, dass die exponierte äussere Oberfläche des Ventiles beträchtlich grö#er ist als dessen wirkende Innenfläche. Dadurch wind der Ventilkörper, z. B. eine Platte, gegen einen Ventilsitz angelegt und das Ventil geschlossen. Es ist dafür vorge- sorgt, dass die Flüssigkeit, die durch den genannten Durchlass dauernd an die Aussenseite des Ventilkörpersgelangt, fortwährendmitbeschränkter Geschwindigkeit durch einen Leckauslass abflie- ssen kann.
Wenn die Arbeitskammer entleert werden soll, wird die Zufuhr von Arbeitsflüssigkeit zu dem genannten Durchlass unterbrochen, so dass na. ch einer kurzen Zeitspanne, die im Wese11JtIi- chen durch den Durchflu#quersohnitt des Leck- auslasses bestimmt ist, der auf den Ventilkörper wirkende Drudk, der eine Folge der durch den genannten Durchlass eintretenden Flüssigkeit ist,
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wodurch der Ventilkörper vonseinem Sitz abgehoben und der Durchfluss freigegeben wird, so dass sich die Arbeitskammer sehr schnell entleeren kann.
Wenn die Turbokupplung von einer mit konstanter Drehzahl laufenden Maschine angetrieben wird, z. B. von einem Elektromotor, ist der vorhin erwähnte Zeiabstand bei normaler Arbeitstemperatur für jeden Entleerungsvorgang praktisch der gleiche. In Fällen jedoch, in denen das treibende Element der Kupplung mit verchiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden soll, z. B. von einem Dieselmotor unter verschiedenen
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verschiedene Werte annehmen, in,durch Herabsetzung der Kupplungsdrehzahl auch die Zentrifugalkraft kleiner wird und die durch den Leckauslass erfolgende Entleerung der Kupplung demgemäss mehr Zeit erfordert.
Wenn die Kupplung mit geringer Drehzahl arbeitet, so kann der Zeitabstand zwischen Unterbrechung der Flüssigkeltsz. ufuhr durch die genannte öffnung und dem #ffnen des Plattenventiles beträchtlich sein. Es versteht sich aber, dass ein geringer Zeitabstand erwünscht ist, und es ist Gegenstand der Erfindung, eine Turbokupplung zu schaffen, die mit wenigstens einem Schnellablassventil versehen ist, das sich durch eine verbesserte Leckauslassaus- bildung auszeichnet, so dass der genannte Zeitabstand von der Kupplungsdrehzahl in einem geringeren Masse abhängig ist als dies bisher der Fall war.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird von einer Turbokupplung ausgegangen, die eine Arbeitskammer aufweist, die mit mindestens einem Schnellablassventil versehen ist, am. die Arbeitskammer schnell zu leeren, welches Ventil einen, einen AusLass beherrschenden Ventilkörper um- fasst, aid welchem an der einen Seite die Zen- trifugalwirtkung der in der Arbeitskammer vorhandenen Arbeitsflüssigkeit und an der andern Seite der Druck der Flüssigkeit herrscht, der dieser andern Seite über einen Durchlass angelegt wind, wobei die Flüssigkeit bei arbeitender Kupplung einer Zentrifugalwirkung unterworfen ist und wobei Ledkauslässe vorgesehen sind, die eine
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Flüssigkeits,
abfuhr bei arbeitender Kupp-richtungen versehen ist, die das Ausmass, der, dem Durchlass zugeführten Flüssigkeit regeln. Bei einer solchen Kupplung kennzeichnet sich die Erfindung durch eine Regeleinrichtung bzw. ein Ventil, einen Schieber, eine Blende od. dgl., die den wirksamen Durchflussquerschnitt der Leckauslässe vergrö#ert, wenn die Winkelgeschwindig-
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das Schnellablassventil mit mindestens einem ständig offenen Leckauslass versehen ist, über welchen Flüssigkeit von der der Arbeitskammer abgewanfd- ten Ventilseite abströmen kann, so ist es zweckmässig, wenn im Sinne eines weiteren Erfindungmerkmales die geschwindigkeitsabhängige Regeleinrichtung mindestens eine durch Zentrifugalwirkung gesteuerte Auslassvorrichtung umfasst,
welche bei einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit des Schnellablassventiles mindestens einen Auslasskanal öffnet, der parallel zu dem Leckauslass liegt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, u. zw. in Anwendung auf eine hydraulische Tur- bokupplung jener Art, in der der Zufluss der Arbeitsflüssigkeit zur Arbeitskammer vermittels eines einstellbaren Schöpfrohres erfolgt, das innerhalb eines Schopfrohrgehäuses verschiebbar ist, das in einer umlaufenden Vorratskammer, welche die aus der Arbeitskammer abfliessende Arbeit- flüssigkeit aufnimmt, ortsfest angeordnet ist.
In den Zeichnungen ist Fig. 1 ein vorwiegend im Axialschnitt gehaltener Aufriss der Kupplung und Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines der Plattenventile, mit welchen die Tur, bokupplung ver- sehen ist, in vergö#ertem Massstab.
Die dargestellte Turbdkupplung besitzt ein schaufeltragendes Antriebselement 1 und einen ebenfalls schaufeltragenden Läufer 2 die auf einer Eingangswelle 3 bzw. einer Ausgangswelle 4 sitzen. Antriebsteil 1 und Läufer 2 sind innerhalb eines Gehäuses 5 angeordnet, das mit dem Antriebsteil 1 rotiert. und das an seinem Aussenumfang eine Mehrzahl von Schnellablassventilen 6 aufweist, die gleichmässig um die Drehachse herum angeordnet sind.
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der Ventile 6 ist unterstellt, dass die Arbeliskam- mer innerhalb des Gehäuses 5 eine solche Winkellage einnimmt, dass sich das betrachtete Ventil 6 im höchsten Punkte des in Fig. 1 dargestellten Gehäuses 5 befindet.
Das in Fig. 2 dargestellte Ventil umfasst im Wesentlichen ein zylin-
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Das Ventilgehäuse 7 besitzt eine innere und äu- ssere im Wesentlichen zylindrische Wandung 10 bzw. 11 zwischen denen ein Ringraum eingeschlossen ist. Ein zusammengesetzter Ringkörper, welcher einen inneren und einen äusseren Ringteil 12 und 13 und eine zwischen diesen ge- klemmte Ringführung/-/umfasst, ist in die Aussenwand des Ventilgehäuses 7 so einge- schraubt,'dass die in einer Ebene liegenden Unter-
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der Ringteile/2 und 13 vonlaufen, wogegen die Oberseite des Ringkörpers 12, die nach innen über die Ringführung 14 vorsteht, in derselben Ebene liegt wie die Oberseite der Innenwand 10 des Ventilgehäuses, mit Bezug auf welche sie im Seitenabstande verläuft.
Die Oberseiten der Innenwand 10 des Ventilgehäuses 7 und des inneren Ringkörpers 12 bilden Sitze für einen scheibenförmigen, aus dünnem Blech bestehenden Ventilteller 76, dessen Bewegung in Richtung von den Sitzen weg durch eine nach einwärts ragende Ringstufe 77 des äusseren Ringgliedes 73 begrenzt wird.
Oberhalb des zusammengesetzten Ringkörpers 12, 13, 14 und im Abstand von diesem ist in das Ventilgehäuse 7 eine Deckplatte 18 eingeschraubt in deren Mitte ein Nippel 19 sitzt, der eine Auslassbohrung 20 geringen Durchmessers aufweist ; der Nippel 19 dient als Leckauslass. In die Deckplatte 18 sind auch zwei durch Zentrifugalwirkung betätigte Regelauslässe 21 zu beiden Seiten des Leokauslasses 19 eingeschraubt. Jeder Regelauslass besteht aus einem Nippel 22, der eine Ausnehmung 23 besitzt, die mit ihrem unteren Ende mit dem Inneren des Ventilkörpers 7 in freier Verbindung steht und die oben in einen Durchlass 24 mündet, der. mit seitlichen Auslassöffnungen 25 verbunden ist, die sich durch den ausserhalb der Deckplatte 18 befindenden Kopf teil, der Nippel erstrecken.
Durch eine in jeder Ausnehmung 23 angeordnete Kugel 26 kann der Auslasskanal 24 verschlossen werden, sobald sich die Kugel in der obersten Stellung befindet, d. h. bezogen auf die Drehachse der Turbokupplung die äusserste Lage einnimmt. Eine Ventilfeder 27 trachtet die Kugel 26 aus dieser äussersten Lage wegzudrängen.
Die Federn 27 der bei, den Regelventile 21 besitzen aus noch zu erläuternden Gründen verschiedene Stärke.
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miger Sammelring 40 befestigt, der einen konischen, mit dem Gehäuse 5 verbundenen Wandteil aufweist ; dieser steht von dem Gehäuse in Richtung der Kupplungsachse ab und mündet in eine radial nach innen geführte Stirnwand, die im geringen Abstand vom Schöpfrohrgehäuse 35 verläuft, so da# der Sammelring 40 die Sammelringnut 38 und die Einlässe 39 einschliesst.
Im kegelstumpfförmigen Wandteil des Sammelringes sind eine Mehrzahl von Löchern ausgebildet, deren Anzahl mit der Anzahl der Plattenventile übereinstimmt ; von jedem der Löcher führt eine Speiseleitung 41 über die Aussenwand des Gehäuses 5 zu dem oben genannten Einlass 31 ! (Fdg. 2), der in der Aussenwand 11 jedes Plattenventilgehäuses 7 vorgesehen ist. An die Innenseite des konischen Wandteiles des Sammelringes ist ein Leitring 42 befestigt, der dazu dient, Arbeitsflüssigkeit den Speiseleitungen 41 ! zuzuführen, die demnach Durchlässe bilden, in denen die Flüssigkeit der Zentrifugalwirkung unterworfen ist.
Wenn die Flüssigkeitskupplung bei voller Drehzahl arbeitet, befindet sich das Schöpfrohr in der aus Fig. 1 ersichtlichen äussersten Lage. Die ArbeitsflüssigkeitströmtdauerndausderArbeitskammer der Kupplung durch die öffnungen 9 und die Mittelöffnung 8 jedes Ventilgehäuses 7, durch den verengten Durchlass 30, der in der Innenwand 10 jedes Ventilgehäuses 7 vorgesehen ist, und von'dort durch die in, der Aussenwand 11 vorgesehene Auslassöffnung 29 in die umlaufende Vorratskammer 33.
Hier bildet sie einen Flüssigkeitsring, von welchem Flüssigkeit dauernd durch das ausgefahrene Schöpfrohr 34 aufgenommen wird ; sie wird über den Kühler in die Leitung 37 und von dort in die Sammelnut 38 gefördert, wo etwas Flüssiog ! keit durch, den Leitring 42 zu den Speiseleitungen 41 abgezweigt wird, durch wel- che sie in die Einlässe 31 gerät, die in dem Ventilgehäuse 7 vorgesehen sind, und damit in die
Räume 32 oberhalb der Ventilplatten 16 ; woge- gendierestlicheFlüssigkeitüberdieDurchlässe
39, die im Gehäuse 5 vorgesehen sind, in die Ar- beitskammer der Kupplung strömt.
Es besteht ei- ne dauernde, aber verminderte Arbeltsflüssigkelts-
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mer befindet, aber in Wirklichkeit natürlich mit dem Antriebselement rotiert) und ferner angenommen sei, dass die Kupplung mit voller Drehzahl arbeitet, so ist der an der Unterseite der Ventil-
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16auf die in der Speiseleitung 41 vorhandene Flüssigkeit wirkt und sich auf der Oberseite der Ventilplatte 16 auswirkt, weil ja diese gesamte Oberseite diesem Druck unterworfen ist.
Während der vollen Drehzahl werden die Kugeln 26 beider Zentrifugalregelventile 21 unter der Wirkung von Zentrifugalkräften gegen ihren Sitz gehalten und als Folge des Unterschiedes zwischen. den auf die obere und die untere Seite der Ventilplatte 16 wirkenden Drücke wird auch die letztere gegen
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rückgezogen, so hört die Flüssigikeitsnachlieferung in die Sammelringnut 38 und demgemä# in die Speiseleitungen 41 auf, und es fällt auch die Nachlieferung von Arbeitsflüssigkeit durch die Durchlässe 39 auf. Daher beginnt die Arbeitskam- mer als F. ollge des durch, die Leckauslässe 30 auftretenden Flüssigkeitsverlustes sich zu entleeren, zumal auch durch die Auslassöffnungen 29 Flüssigkeit zur Vorratskammer abströmt.
Auch die Flüssigkeitsleitungen 41 beginnen sich unter dem Einfluss der durch die Leckauslässe 19, 20 auftretenden Flüssigkeitsverluste zu entleeren, so dass der auf die Oberseite der Ventilplatten 16 wirkende Drudk fällt, bis er kleiner geworden ist als die auf die Unterseite wirkende öffnungkraft. In diesem Augenblick heben sich die Ven- tilph1Jtten 16 von ihren Sitzen ab, wodurch die Arbeitskammer über die Bohrungen 8, die Räume 28 und die Auslassöffnung 29 in eine praktisch
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kammer 33 gebracht wird. Demgemäss entleert sich die Arbeitskammer sehr schnell. Die zwischen dem Zurückziehen des Schöpfrohres 34 und dem Abheben der Ventilplatte 16 von ihrem Sitz vergehende Zeit kann, wenn die Kupplung mit normaler Geschwindigkeit rotiert, etwa 1-2 Sekunden betragen.
Die Feder 27, des einen Zentrifugalregelventiles, angenommen des linksseitigen Ventiles 21 in Fig.
1, hat solche Stärke, dass sich die Kugel 26 bei einer vorgegebenen Drehzahl, z. B. bei # der vollen Drehzahl, durch die Feder 27 von ihrem Sitz abhebt. Wenn die Kupplung mit dieser Geschwindigkeit arbeitet, ist die Zentrifugalkraft der
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1m Rohr 41 vorhandenen Flüssigkeit geringer als sie es bei voller Kupplungsdrehzahl wäre und das Ausmass der durch den Leckauslass 19, 20 aus- tretenden Flüssigkeit ist geringer als bei voller Kupplungsdrehzahl.
Wenn daher die genannten Zentrifugalregelventile 21 nicht offen wären, so würde nach dem Zurückziehen des Schöpfrohres 41 eine längere Zeit vergehen, bis die auf der Oberseite der Ventilplatte 16 wirkende Kraft auf einen Wert gesunken ist, bei welchem das Ventil öffnet. Da jedoch das linksseitige Regelventil 21 bereits offen ist, wird der Durchflussquerschnitt der zur Abfuhr von Flüssigkeit aus dem Raum 32 zur Verfügung steht, vergrössert ; da die Flüssigkeit jetzt nicht nur durch den Ledkauslass 20, sondern auch durch die Auslässe 25 des linksseitigen Regelventiles 21 austreten kann.
Indem man dieses Ventil 21 geeignet dimensioniert, kann erreicht werden, dass die Zeit, die bei Zurückziehung des Schöpfrohres zwischen diesem Zurückziehen und dem Heben der Ventilplatte vergeht, für die niedrige Kupplungsdrehzahl praktisch dieselbe ist wie für die hohe Drehzahl.
Die Feder 27 des andern (rechtsseitigen) Zentrifugalregelventiles 22 ist so bemessen, dass dieses Ventil bei einer vorbestimmten, aber noch geringeren Drehzahl öffnet, z. B. bei 1/2 der vollen Drehzahl, so dass bei dieser Drehzahl der Durchflussquerschnitt der Flüssigkeit aus dem Raum 32 weiter vergrössert wird, indem Flüssigkeit auch durch die Auslassöffnungen 2J des rechtsseitigen Regelventiles 21 austreten kann. Wenn man das Schöpfrohr bei dieser noch geringen Drehzahl zurückzieht, so ist die Zeit, die bis zum'öffnen des Ventiltellers 16 vergeht, praktisch dieselbe wie bei Volldrehzahl und wie bei der erstbehandelten gesenkten Drehzahl.
Durch Verwendung eines oder mehrerer Zentrifugalregelventile, die Federn verschiedener Stärke besitzen, wie dies im Vorhergehenden beschieben wurde, kann der Zeitabstand zwischen Zurückziehung des Schöpfrohres 34 und dem Lüften des Plattenventiles 16 für verschiedene Arbeitsgeschwindigkeiten gleich gemacht werden und je grösser die Zahl solcher jedem Plattenventil 6 zugeordneter Regelventile 21 ? ist, umso grösser wird die Zahl von Kupplungsdrehzahlen sein, für welche dieser Zeitabstand gleich ist.
Falls gewünscht, kann jede Speiseleitung 41 dazu eingerichtet werden, Aribeitsflüssigkeit zu einer
Mehrzahl von Platten ventilen 6, die zweckmässig in naher, gegenseitiger Nachbarschaft angeordnet werden, zuzuleiten. Man kann aber auch eine
Speiseleitung 41 jedem Plattenventil 6 zuordnen und es können die ausserhalb der Ventilplatte 16 einer Gruppe von Ventilen 6 befindliohen Räu- me 32 mittels Drudkausgleichsleitungen verbun- den werden, so dass die eine Gruppe von Zentri- fugalregelventilen 21 dazu dient, die genannte
Gruppe von Plattenventilen zu steuern.
In Abänderung der im Vorstehenden beschriebenen Konstruktion kann man an Stelle eines Steuerventiles 21 einer Bauweise, das je nach der herrschenden Kupplungsdrehzahl entweder ganz offen oder ganz geschlossen ist, jedem Plattenventil oder einer oder mehreren Gruppe- (n) von solchen Ventilen ein Zentrifugalsteuerventil zuordnen, welches in übereinstimmung mit der abnehmenden Drehzahl der Kupplung progressiv öffnet, um auf diese Weise den Durchflu#quer- schnitt, der für den Abfluss der Flüssigkeit aus dem Raum 32 zur Verfügung steht, ebenfalls progressiv zu vergrössern und dadurch einen konstanten kurzen Zeitabstand für den ganzen Bereich von Kupplungsdrehzahlen zu sichern.
Gemäss einer weiteren Abänderung kann man das Zentrifugalregelventil thermostatisch steuern, so dass der Durchflussquerschnitt mit zunehmender Temperatur der Arbeitsflüssigkeit abnimmt.
Die Erfindung Ist nicht auf die Anwendung bei Turbokupplungen der hier beschriebenen Bauweise mit Schöpfrohr beschränkt. Sie kann auf Turbokupplungen angewendet werden, bei denen die Arbeitsflüssigkeit der Arbeitskammer durch eine Pumpe aus einem Sumpf zugeführt wird, in dem die aus der Arbeitskammer kommende Flüssigkeit gesammelt wird. Auch kann die Kupplung aus einem höherliegenden Behälter, dem die Ar- beitsflüssigkeit aus dem Sumpf über eine Pumpe zugeführt wird, gespeist werden. Gemäss diesen letztgenannten Bauweisen ist ein Steuerventil vorgesehen, durch welches Arbeitsflüssigkeit dem Kupplungseinlass, der zu diesem Durchlass führt, zugeführt wird, um auch die Tätigkeit der Schnellablass-Plattenventile zu regeln.
Nach einer an- dern Bauweise kann ein Regelventil die diesem Durchlass zugeführte Flüssigkeit direkt regeln.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Hydraulische Turbokupplung mit einer Arbeitskammer, die mit mindestens einem Schnell- ablassventil versehen ist, um die Arbeitskammer schnell zu leeren, welches Ventil einen, einen Auslass beherrschenden Ventilkörper umfasst, auf welchem an einer Seite die Zentrifugalwirkung der in der Arbeitskammer vorhandenen Arbeitsflüssigkeit und an der andern Seite der Druck der Flüssigkeit herrscht, der dieser andern Seite über einen Durchlass angelegt wird, wobei die Flüssigkeit bei arbeitender Kupplung einer Zentrifugalwirkung unterworfen ist und wobei Leckauslässe vorgesehen sind, die eine dauernde Flüssigkeit- abfuhr bei arbeitender Kupplung von der andern Seite des Ventils erlauben und wobei die Kupplung mit weiteren Regeleinrichtungen versehen ist,
die das Ausmass der dem Durchlass zugeführten Flüssigkeit regeln, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (21) bzw. ein Ventil, einen
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men Durchflussquerschnitt der Leckauslässe (20) vergrössert, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Schnellablassventiles (6) fällt und umgekehrt.