DE4224728C2 - Hydrodynamische Kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Eine solche Kupplung ist aus DE-GM 79 13 106 bekanntgeworden. Bei dieser Kupplung umfaßt das Gehäuse in seinem unteren Teil einen Sammelbehälter für einen Sumpf des Betriebsmittels, ferner einen Hochbehälter, in den Flüssigkeit aus dem Sumpf gefördert wird und schließlich eine Schleuderscheibe, die in den Sumpf eintaucht und die Flüssigkeit auf das Niveau des Sammelbehälters anhebt.

Kupplungen dieser Art können entweder geregelt oder ungeregelt sein. Im vorliegenden Falle geht es vorwiegend um Anwendungen im Untertagebetrieb. Dabei wird die Kupplung im allgemeinen mit Wasser betrieben, das die Betriebsflüssigkeit darstellt - häufig mit Grubenwasser.

Im Außen- und am Innendurchmesser des Arbeitskreislaufes sind Austrittsbohrungen vorgesehen, um ständig eine gewisse Menge der Betriebsflüssigkeit, also z. B. Wasser, aus dem Arbeitsraum zu entlassen und zum Zwecke der Kühlung umzuwälzen. Diese Austrittsdüsen münden in einen mitrotierenden Schöpfraum, oder spritzen in das Kupplungsgehäuse ab. Der Schöpfraum, d. h. der zwischen Primärrad und Schöpfschale befindliche Raum, wird durch ein Schöpfrohr entleert. Das Schöpfrohr fördert die ausgetretene Betriebsflüssigkeit sodann in ein Rücklaufsystem.

Die Betriebsflüssigkeit sammelt sich jedoch nicht nur im Schöpfraum an. Es bildet sich auch außerhalb der Schöpfschale ein Sumpf, und zwar zwischen der äußeren Umfangsfläche der Schöpfschale und der Innenfläche der Umfangswand des Gehäuses. Diesen Sumpf abzuführen ist aus den folgenden Gründen problematisch: Man ist natürlich bestrebt, die Außenabmessungen des Kupplungsgehäuses im Hinblick auf die beengten Raumverhältnisse unter Tage so gering wie möglich zu halten. Deshalb ist auch der Spaltraum zwischen der Außenfläche der Schöpfschale und der inneren Umfangsfläche des Gehäuses klein. Für das Anordnen von Pumpen oder pumpenähnlichen Aggregaten verbleibt somit kein Raum. Dennoch muß für eine Abführung dieses Sumpfes gesorgt werden, da während des Betriebes infolge Läuferleckage oder Überlauf in das Gehäuse ständig Arbeitsmittel nachströmt.

Weitere Ausführungen zur Rückführung von Betriebsmittel in den Arbeitskreislauf sind allgemein aus den Druckschriften

• - DE-AS 11 94 207
• - DE-AS 12 42 419
• - EP 062 274 A2
• - US 20 62 218
• - DE-OS 23 05 540

bekannt.

Bei den in diesen Druckschriften beschriebenen Ausführungen werden Einrichtungen eingesetzt, welche ins Kupplungsgehäuse gelangtes Betriebsfluid in die gleichen Kammern, wie das aus dem Arbeitsraum austretende Betriebsmittel befördern. In den Druckschriften DE-AS 11 94 207, DE-AS 12 42 419 und DE-OS 23 05 540 sind Kupplungen offenbart, bei welchen die Rückführung von Leckageflüssigkeit mittels eines dafür vorgesehenen Schöpfrohres erfolgt. Aus der EP 0 062 274 ist eine Vor­ richtung zur Rückführung von aus dem Arbeitsraum ausgetretenen Betriebsfluides mittels einer, der Kupplung zugeordneten, separaten Schleuderscheibe bekannt, wobei die Schleuderscheibe derart ausgeführt ist, daß der Großteil des Betriebsfluides über entsprechende an der Schleuderscheibe angeordnete und in radialer Richtung verlaufende Kanäle direkt in den Arbeitsraum zurückfließen kann.

Die Druckschrift US 2,062,281 offenbart ein Leitungssystem zur Führung von im Kupplungsgehäuse angesammelten Betriebsfluid in einen Tank und zur Rückführung in den Arbeitskreislauf.

Derartige Ausführungen erfordern einen hohen konstruktiven Aufwand und sind sehr bauraumintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß der Sumpf zwischen Schöpfschale und Gehäuse zuverlässig, mit geringem baulichen Aufwand und ohne größere Energieverluste abgeführt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt die Kupplung in einem Axialschnitt;

Fig. 2 zeigt die Kupplung in einer Draufsicht in Achs­ richtung

Die Kupplung ist als Doppelkupplung ausgebildet, kann aber auch einkreisläufig ausgeführt werden. Hier weist sie zwei toroidale Arbeitsräume auf, jeweils aus einem Primärrad (Pumpenrad) und einem Sekundärrad (Turbinenrad) gebildet. Dabei werden die beiden Primärräder 1.1 und 1.2 von einer Antriebswelle 2 angetrieben. Die beiden Sekun­ därräder 3.1 und 3.2 hingegen sind mit einer Abtriebs­ welle 4 drehfest verbunden. Die beiden Primärräder 1.1 und 1.2 sind durch einen Zylinderabschnitt 5 drehfest miteinander verbunden. Der Zylinderabschnitt 5 erstreckt sich über den in Fig. 1 rechts dargestellten Arbeitsraum hinaus. Er weist eine Verdickung auf, die als Schleuder­ scheibe 6 wirkt, und die sich in Bezug auf die beiden Arbeitsräume in axialer Richtung symmetrisch erstreckt. Der Zylinderabschnitt 5 ist ferner in Fig. 1 über den rechts dargestellten Arbeitsraum hinaus verlängert, so daß er einen Schöpfraum 7 bildet. Schöpfraum 7 läuft somit mit dem Zylinderabschnitt 5 um.

Es sind ferner mengenregulierbare Bohrungen oder Dosier­ ventile 8 vorgesehen - siehe den Ausschnitt aus Fig. 1. Über diese Dosierventile 8 gelangt Arbeitsflüssigkeit in den Schöpfraum. Es ist ferner ein Schöpfrohr 9 vorgese­ hen. Die gesamte Arbeitsflüssigkeit wird über dieses Schöpfrohr einem Sammelbehälter, z. B. einem Hochbehälter zugefördert, oder wird direkt in eine Entsorgungsleitung eingespeist, oder gelangt im direkten Umlauf über eine Kühleinheit in den Arbeitskreislauf zurück.

Gemäß der Erfindung sind Vorkammern 10.1 und 10.2 vorge­ sehen. Diese weisen jeweils eine Einlaßöffnung 11.1, 11.2 auf. Die Vorkammern sind mit einer Schälkante 12.1, 12.2 ausgerüstet. Die beiden Schälkanten sind jeweils derart gestaltet und angeordnet, daß sie die von der Schleuder­ scheibe 6 mitgerissene Leckflüssigkeit auf deren Weg nach oben abschälen und in die betreffende Vorkammer einlei­ ten. Aufgrund der Doppelanordnung der beiden Vorkammern 10.1, 10.2 und der geschilderten Gestaltung und Anordnung der Schälkanten ist ein Betrieb in beiden Drehrichtungen möglich. In jedem Falle wird Leckflüssigkeit von der Schleuderscheibe 6 abgeschält.

Man erkennt ferner je eine Leitung 13.1 und 13.2, die die betreffende Vorkammer 10.1 bzw. 10.2 mit dem Schöpfraum 7 verbindet.

Die Kupplung weist ein Gehäuse 14 auf. Dieses umfaßt eine zur Kupplungsachse im wesentlichen konzentrische Umfangs­ wand 15 sowie zwei im wesentlichen scheibenförmige Stirn­ wände 16.1 und 16.2. Im vorliegenden Falle sind die beiden Vorkammern 10.1 und 10.2 unter Heranziehung der Umfangswand 15 des Gehäuses 14 gebildet. Es versteht sich, daß es hierzu jedoch auch andere Möglichkeiten gibt. Die Vorkammern befinden sich zweckmäßigerweise in der Höhe der Axialmittelebene und erstrecken sich in Umfangsrichtung um eine gewisse Strecke über diese Mittelebene hinaus - siehe Fig. 2.

Es kann zweckmäßig sein, die Umfangswand 15 des Gehäuses derart zu gestalten, daß der Spalt zwischen der inneren Mantelfläche der Umfangswand 15 und der äußeren Mantel­ fläche der Schleuderscheibe 6 bis zur Einlaßöffnung 10.1 bzw. 10.2 kontinuierlich zunimmt.

Die Kupplung ist derart angeordnet, daß ihre Achse hori­ zontal verläuft, kann aber auch geneigt bis vertikal eingesetzt werden.

Gemäß der Erfindung wird Arbeitsflüssigkeit, die sich infolge Leckagen, oder über Abspritzdüsen, oder beim Abstellen der Kupplung im Gehäuse ansammelt, beim Anfah­ ren mittels der Schleuderscheibe 6 in die Vorkammern gefördert. Die hierbei auftretenden Verluste durch Beschleunigung und Scheibenreibung sind minimal.

Die Arbeitsflüssigkeit strömt sodann aus den Vorkammern drucklos in den mitrotierenden Schöpfraum 7.

Claims (4)

1. Hydrodynamische Kupplung mit im wesentlichen horizontaler Achse, insbesondere für Untertagebetrieb, mit den folgenden Elementen:

• 1.1 ein Primärrad (1.1, 1.2), das auf einer Antriebswelle (2) sitzt
• 1.2 ein Sekundärrad (3.1, 3.2), das auf einer Abtriebswelle (4) sitzt
• 1.3 ein Gehäuse (14), das im wesentlichen zwei achssenkrechte Stirnwände (16.1, 16.2) sowie eine zur Kupplungsachse im wesentlichen konzentrische Umfangswand (15) umfaßt;
• 1.4 eine am Primärrad (1.1, 1.2) befestigte Schöpfschale, die einen Schöpfraum (7) bildet und gemeinsam mit dem Primärrad (1.1, 1.2) umläuft (Rotor);
• 1.5 in den Schöpfraum (7) aus dem Arbeitsraum abspritzende Austrittsbohrungen;
• 1.6 ein in den Schöpfraum (7) eintauchendes Schöpfrohr (9);
• 1.7 wenigstens eine Vorkammer (10.1, 10.2) mit einer Einlaßöffnung (11.1, 11.2) zur Aufnahme von Leckwasser, das von der Außenfläche des Rotors (1.1, 1.2) mitgenommen und abgeschleudert wird;
• 1.8 eine Leitung (13.1, 13.2) zum Überführen von Betriebsflüssigkeit aus der Vorkammer (10.1, 10.2) in den Schöpfraum (7),
  gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• 1.9 die Vorkammer (10.1, 10.2) ist in Höhe der Axialmittelebene der Kupplung angeordnet und erstreckt sich in Umfangsrichtung um eine gewisse Strecke über die Mittelebene hinaus um den Außenumfang des Rotors (1.1, 1.2);
• 1.10 jeder Vorkammer (10.1, 10.2) ist eine Abschälkante (12.1, 12.2) zugeordnet, welche oberhalb der Kupplungsachse radial nah an die Außenumfangsfläche des Rotors herangeführt ist.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßöffnung (11.1, 11.2) der Vorkammer (10.1, 10.2) die Schälkante (12.1, 12.2) zum Abschälen von Betriebsflüssigkeit von der Umfangsfläche des Rotors (1.1, 1.2) aufweist.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (13.1, 13.2) ein Rückschlagventil aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Vorkammern (10.1, 10.2) mit zugehörenden Leitungen (13.1, 13.2) vorgesehen sind, und daß die Einlaßöffnungen (11.1, 11.2) der Vorkammern (10.1, 10.2) derart angeordnet sind, daß in beiden Drehrichtungen gearbeitet werden kann.