Hydrodynamische Kupplung

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung, insbesondere eine Turbokupplung, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Hydrodynamische Kupplungen mit Schaltkupplungen zur Synchronisierung, insbesondere in Form von fliehkraftbetätigten Reibkupplungen, sind in einer Vielzahl von Ausführungen bekannt. Siehe beispielsweise nur WO 82/04107 A1 oder DE 199 42 578 C2.

In WO 82/04107 A1 wird eine Schaltkupplung beschrieben, welche durch einen fliehkraftabhängigen Flüssigkeitsdruck betätigbar ist. Bei dieser Ausführung ist die Synchronkupplung ausserhalb der hydrodynamischen Kupplung angeordnet. Die Synchronkupplung und die hydrodynamischen Kupplung werden in einer Art und Weise miteinander gekoppelt, welche einerseits zu einer erheblichen Vergrößerung des Bauraumbedarfs in axialer Richtung führt und andererseits den konstruktiven Aufwand erheblich erhöht.

Die Druckschrift DE 199 42 578 C2 beschriebt die konstruktive Ausführung einer hydrodynamischen Kupplung, in welcher eine Synchronkupplung derart integriert werden kann, ohne dass dies zusätzlichen Platzbedarf gegenüber einer konventionellen hydrodynamischen Kupplung ohne Synchronkupplung erfordert. Solche Kupplungen haben sich bisher bestens bewährt. Durch die Integration der Synchronkupplung in die hydrodynamische Kupplung wird Bauraum gespart. Der Fertigungs- und Montageaufwand ist gering und damit auch die Herstellungskosten.

Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass der Reibbelag zwischen den beiden Kupplungselementen der hydrodynamischen Kupplung einem gewissen

Verschleiß unterliegt. Dieser Verschleiß ist von außen nicht erkennbar. Auch kann die Synchronkupplung bei weitgehend verschlissenem Reibbelag noch

einwandfrei arbeiten. Es wird somit Funktionstüchtigkeit vorgetäuscht, obwohl diese nur noch für eine kurze Zeitspanne gegeben ist. Bei hydraulischen Kupplungen mit integrierten Synchronkupplungen kann dies in sicherheitsrelevanten Anlagen gefährlich sein.

Um sich Gewissheit über den tatsächlichen Verschleißzustand des Reibbelags zu verschaffen, muss die gesamte Einheit ausgebaut und zerlegt werden. Um sicher zu gehen, nimmt man das Ausbauen vorsorglich zu einem frühen Zeitpunkt vor, somit bereits dann, wenn noch kein völliger Verschleiß des Reibbelages zu erwarten ist. Dies bedeutet, dass das Ausbauen aus Sicherheitsgründen mehrere Male vorgenommen werden muss. Dies erfordert Personalaufwand und ist daher kostspielig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass der

Verschleißzustand des Reibbelages erkannt werden kann, ohne dass die gesamte Kupplung ausgebaut und zerlegt werden muss.

Demgemäß werden das Innenrad wie auch die Schale jeweils mit einer Bohrung versehen. Die beiden Bohrungen sind derart angeordnet, dass sie bei relativem Verdrehen von Innenrad und Schale in miteinander fluchtende Positionen und damit in überdeckung verbringbar sind. Die Bohrungen sind im äußeren Bereich, beispielsweise beginnend auf dreiviertel des Radius der Kupplung, gemessen von der Drehachse aus. Im allgemeinen werden die beiden Bohrungen zur Drehachse parallel verlaufen. Dies muss jedoch nicht so sein. Eine gewisse Neigung von bis zu 60 Grad wäre denkbar.

Die Bohrungen müssen nicht unbedingt kreisrunden Querschnitt haben, obwohl dies natürlich aus Fertigungsgründen das Nächstliegende ist.

Die Bohrung der Schale wird etwas größer bemessen, als die Bohrung des Innenrades.

Ist der Zeitpunkt gekommen, dass man eine Inspektion des Reibbelages vornehmen möchte, so unternimmt man folgendes:

- Durch die größere Bohrung der Schale wird ein Stift hindurchgeführt und in die kleinere Bohrung im Innenrad eingesetzt.

Nunmehr wird das Innenrad in radialer Richtung auf die Schale hin bewegt. Sei es durch radiales Verschieben, so dass im Reibbereich keinerlei Spalt verbleibt. - Der Stift wird nunmehr als Indikator benutzt. Man misst nur den Abstand zwischen Stift und einem ausgewählten Punkt an der Schale - wohlgemerkt - an einer von außen her leicht zugänglichen Stelle. Damit lässt sich die verbleibende Stärke des Reibbelages ermitteln, soweit eine solche überhaupt noch vorhanden ist.

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

Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung mit radial verschiebbaren Segmenten.

Figur 2 zeigt in Draufsicht und im Ausschnitt das Innenrad, das aus

Segmenten aufgebaut ist, die ihrerseits verschwenkbar sind.

Figur 1 zeigt den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Kupplung 1 , insbesondere einer Turbokupplung mit integrierter Synchronkupplung 2 umfassend zwei Schaufelräder, ein Außenrad 3 und ein von einer, mit dem Außenrad 3 gekoppelten Kupplungsschale 4 wenigstens teilweise umschlossenes Innenrad 5. Das Außenrad 3 fungiert dabei vorzugsweise als Pumpenrad, während das Innenrad 5 die Funktion des Turbinenrades übernimmt. Das Außenrad 3 ist zu diesem Zweck beim Einsatz in Antriebssträngen wenigstens mittelbar mit der Antriebsseite, insbesondere einer Antriebsmaschine,

drehfest verbunden, während das, das Turbinenrad bildende Innenrad 5 mit der Abtriebsseite gekoppelt ist. Dies gilt für die Leistungsübertragung in einem Antriebsstrang im Traktionsbetrieb von der Antriebsmaschine zur Abtriebsseite betrachtet. Die Synchronkupplung 2 ist in der hydrodynamischen Kupplung 1 integriert und umfasst wenigstens zwei reibschlüssig miteinander in

Wirkverbindung bringbare Kupplungselemente, ein erstes Kupplungselement 6.1 und ein zweites Kupplungselement 6.2. Erfindungsgemäß werden die Kupplungselemente von der Kupplungsschale 4 und dem Innenrad 5 der hydrodynamischen Kupplung gebildet. Das Innenrad 5 bildet dabei das Kupplungselement 6.1 und ist erfindungsgemäß als mehrteiliger Fliehkraftkörper ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Innenrad 5 beziehungsweise das Kupplungselement 6.1 in Umfangsrichtung in wenigstens zwei Segmente unterteilt ist, welche in ihrer Gesamtheit bei Lagerung beziehungsweise Führung auf einer Profilwelle beziehungsweise -nabe 7 unter Fliehkrafteinwirkung wenigstens in radialer Richtung bewegbar sind. Vorzugsweise erfolgt die Unterteilung in drei einzelne Segmente 8.1 , 8.2 und 8.3, siehe Figur 2. Die einzelnen Segmente bilden dabei bei Aneinanderreihung in Umfangsrichtung die bauliche Einheit Innenrad 5 und sind vorzugsweise hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen zueinander identisch ausgeführt. Da über das Innenrad 5 in einer hydrodynamischen Kupplung 1 Drehmomente zu übertragen sind, ist es erforderlich, dass das

Innenrad 5, insbesondere die einzelnen Segmente in Umfangsrichtung betrachtet zumindest derart geführt sind, dass eine Mitnahmefunktion gewährleistet ist, während in radialer Richtung eine Bewegbarkeit unter Fliehkraftwirkung der einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 gegeben ist. Zu diesem Zweck sind Mittel zur Führung der einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 vorgesehen, welche in der Regel von der Profilwelle beziehungsweise -nabe 7 gebildet werden. Diese ist wenigstens mittelbar -je nach Funktion des Innenrades 5 - mit der Abtriebsseite drehfest verbindbar. Die Profilwelle beziehungsweise -nabe 7 weist dazu ein entsprechendes Mitnehmerprofil 9 oder einen entsprechenden Schwenkzapfen 17 auf.

Während des Anfahrvorganges beim Einsatz der hydrodynamischen Kupplung 1 mit einem Antriebsstrang wird dabei das Drehmoment weiterhin größtenteils hydrodynamisch über den zwischen Außenrad 3 und Innenrad 5 bei Funktion als Pumpenrad P und Turbinenrad T über die sich im torusförmigen Arbeitsraum 10 einstellende Strömung von Betriebsmittel übertragen. Der sanfte Anlauf unter Ausnutzung der Vorteile einer hydrodynamischen Leistungsübertragung bleibt damit erhalten. Allerdings werden mit zunehmender Abtriebsdrehzahl aufgrund der bei Rotation sich einstellenden Fliehkraftwirkung auf die einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 des Innenrades diese immer stärker in Richtung der Kupplungsschale 4 gedrückt, bis aufgrund der Anpressung der Segmente 8.1 bis 8.3 gegen die

Kupplungsschale 4 ein Reibschluss entsteht. In diesem Zustand ist die Kupplung aufgrund der Kopplung zwischen Außenrad 3, das heißt Pumpenrad P und Kupplungsschale 4 sowie dem Innenrad, synchronisiert. Alle Elemente laufen mit der gleichen Drehzahl um.

Da während des Anfahrvorganges die einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 am Innenumfang 11 der Kupplungsschale 4 gleiten, bedeutet dies, dass die einzelnen Elemente der Reibpaarung zumindest im Bereich des zu bildenden Reibschlusses gute Gleit- und Verschleißeigenschaften aufweisen müssen. Maßgeblich für die Verschleißfestigkeit der sich bei der Synchronkupplung 2 einstellenden

Reibpaarung zwischen Innenrad 5 und Kupplungsschale 4 sind dabei die sich einstellende Flächenpressung, die spezifische Reibleistung und die spezifische Reibarbeit. Zur Minimierung des Verschleißes werden daher entweder entsprechende Werkstoffe für die Kupplungsschale 4 und das Innenrad 5, insbesondere die einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 verwendet oder diese mit einer entsprechenden Beschichtung versehen. Vorzugsweise wird wenigstens für die Herstellung von Kupplungsschale 4 und Pumpenrad, das heißt Außenrad 3 auf, konventionelle Materialien zurückgegriffen, welche üblicherweise für die Herstellung der einzelnen Elemente der hydrodynamischen Kupplung 1 Verwendung finden, beispielsweise Späroguss.

Für die Wahl des Materials für das Innenrad 5 beziehungsweise die einzelnen Innenradsegmente 8.1 bis 8.3 werden nachfolgende überlegungen berücksichtigt. Dabei ist es zur Erhöhung der Verfügbarkeit vorteilhaft, eine geeignete Reibpaarung zwischen Kupplungsschale 4 und den Segmenten 8.1 bis 8.3 des Innenrades 5 vorzusehen. Dabei werden entweder an einem der Elemente oder an beiden - insbesondere am Innenumfang 11 der Kupplungsschale und am Außenumfang 12 des Innenrades 5, insbesondere jeweils am Außenumfang 12.1 des Segmentes 8.1 , am Außenumfang 12.2 des Segmentes 8.2, und 12.3 des Segmentes 8.3 Beschichtungen mit einem Reibbelag 13 vorgesehen. Dabei kann der Reibbelag zum einen lediglich am Innenumfang 11 der Kupplungsschale 4 oder am Außenumfang 12 des Innenrades 5 beziehungsweise der einzelnen Segmente 8.1 bis 8.3 angebracht werden, denkbar ist jedoch auch, beide - die Kupplungsschale 4 an deren Innenumfang 11 und das Innenrad 5 am Außenumfang 12 beziehungsweise den einzelnen Außenumfängen 12.1 bis 12.3 in den einzelnen Segmenten 8.1 bis 8.3 mit einem entsprechenden Reibbelag zu beschichten -, wobei in diesem Fall Reibpaarungen mit gleichen Materialien oder aber verschiedenen Materialien erzeugt verwendet werden können.

Man erkennt im Innenrad 5 eine Bohrung 14, und in der Schale 4 eine Bohrung 15. Bohrung 15 ist ersichtlich größer als Bohrung 14. Die Achsen der beiden Bohrungen 14 und 15 verlaufen parallel zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung. Sie liegen auf ein- und demselben oder einem abweichenden Radius. Beim gegenseitigen Verdrehen von Innenrad und Außenrad (und damit auch von Innenrad und Schale) findet ein Fluchten statt, so wie hier dargestellt (überdeckung der Bohrungen). Siehe die gemeinsame Längsachse 16 der beiden Bohrungen. Die Achsen der beiden Bohrungen 14, 15 müssen nicht unbedingt miteinander fluchten. Es genügt, dass sich die Bohrungen — bei einer entsprechenden Winkelposition von Innenrad 5 und Schale 4 - wenigstens teilweise überlappen.

Durch die Bohrung 15 in der Schale 4 hindurch wird ein hier nicht gezeigter Messstift hindurchgeführt und in die Bohrung 14 im Innenrad 5 eingesetzt. Der

Messstift kann in die Bohrung 14 eingeschraubt werden. Außerdem sind beide Bohrungen 14, 15 jeweils durch eine Blindschraube verschließbar.

Das hier angedeutete Maß V bedeutet den Abstand zwischen der Längsachse 16 zu der Bezugskante der Schale. Dieses Maß zeigt den Verschleiß an. Bei neuem Reibbelag 13 sollte es ein Minimum haben, und bei geschliffenem und verschlissenem Reibbelag 13 ein Maximum.

Statt dem hier vorgesehenen Prinzip mit zwei Bohrungen 14, 15 sowie mit einem Messstift kommt auch die folgende äquivalente Lösung in Betracht:

Das Innenrad 5 wird mit einem irgendwie gearteten Vorsprung oder einer Markierung versehen, die durch die Bohrung 15 hindurch von außen her ihrer Position erfassbar ist, und die bei einem Verschieben des Innenrades 5 radial nach außen bis zum Anschlag die Radialposition des genannten Vorsprunges oder sonstigen Mittels anzeigt, und somit eine Rückschluß auf die verbliebene Stärke des Reibbelages 13 zuläßt.

In Figur 2 erkennt man die drei genannten Segmente 8.1 , 8.2, 8.3.

Während diese bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 unmittelbar radial verschiebbar waren, sind sie nunmehr an ihren radial inneren Bereichen schwenkbar oder kippbar angelenkt. Auch hierdurch findet eine Radialbewegung des Segmentes statt, wenn auch nicht des kompletten Segmentes, wohl aber eines Teiles.

Bezugszeichenliste

1 hydrodynamische Kupplung

2 Synchronkupplung 3 Außenrad

4 Kupplungsschale

5; 5.4 Innenrad

6.1 erstes Kupplungselement

6.2 zweites Kupplungselement 7 Profilwelle beziehungsweise Profilnabe

8 Segmente des Innenrades 8.1 - 8.4 Segmente des Innenrades

9 Mittel zur Führung, insbesondere Mitnehmerprofil

10 torusförmiger Arbeitsraum 11 Innenumfang der Kupplungsschale

12 Außenumfang des Innenrades

12.1 - 12.3 Außenumfang der Innenradsegmente 8.1 bis 8.3

13 Reibbelag

14 Bohrung im Innenrad 15 Bohrung in der Schale

16 Längsachse des Messstiftes

17 Schwenkzapfen