CN100453852C - 液力耦合器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液力偶合器，它具有一个初级轮，具有一个次级轮，该初级轮与该次级轮共同构成一个圆环面状的工作室，该初级轮布置在一个驱动轴上或与该驱动轴整体构成，其中，在该驱动轴中构造有至少一个用于将工作介质输入到该工作室中的输入通道及至少一个用于同时从该工作室排出工作介质的排出通道。

Description

液力耦合器
技术领域
本发明涉及一种液力耦合器、尤其是用于该液力耦合器内部的工作介质的管路布置。
背景技术
液力耦合器已被公开。一个特殊的应用领域是涡轮复合系统(Turbocompoundsystem)的领域，在这种涡轮复合系统中，废气涡轮在动力系统中设置在内燃机的废气流中并且与曲轴驱动连接。在这样的系统中，在废气涡轮与曲轴之间的驱动连接中有利地连接有一个用于传递功率或转矩的液力耦合器。当这样的液力耦合器的初级轮被废气涡轮驱动时，该初级轮通过液力耦合器的工作室中的工作介质环流驱动液力耦合器的次级轮，该次级轮通常通过适当的传动装置与曲轴相连接。该第一驱动模式也被称为涡轮耦合器模式。
只要液力耦合器装备有用于无相对转动地锁止初级轮的装置，该液力耦合器就可在一个第二模式——缓速器模式——中用来制动曲轴。在该模式中，次级轮被曲轴驱动，初级轮无相对转动地被锁止，例如借助片式离合器来锁止，并且通过从次级轮到初级轮的转矩传递使曲轴制动。由于在一种情况下(涡轮耦合器模式)初级轮被驱动而在另一种情况下(缓速器模式)次级轮被驱动，工作介质循环的流动方向在这两种情况中是相反的。由此轴向推力的方向改变，这在设计轴承及轴密封装置时必须加以考虑。
此外，转速范围在涡轮耦合器模式中与在缓速器模式中是不同的。通常总地得到每分钟4000转到每分钟12000转之间的转速范围。入口及出口密封装置、即用来密封工作介质输入通道及工作介质排出通道的密封装置在该转速范围中工作。在所有的相对密封装置中，即在这些部件之间的密封装置中：这些部件中的一个部件以与另一个部件不同的转速转动以及这些部件中的一个部件转动而另一个部件不转动，尤其产生这样的问题，即存在两个明显不同的工作范围。因此，所述相对密封装置传统地以昂贵的滑环密封装置的形式来实施。这种滑环密封装置比较昂贵且易于产生故障。
GB-A-1 424 704公开了一种具有一个固定的轮毂的液力耦合器，该轮毂被泵轮围绕。在该固定的轮毂中设置有一些轴向通道，通过这些轴向通道输入及排出工作介质。
GB-A-1 194 739公开了一种具有一个液体传动装置的机车。在该液体传动装置的承载车轮的输出轴中设置有一个用于液体的输入通道及一个用于液体的排出通道。
对于液力耦合器还可参考以下文献：GB-A-892 314，US-A-4 773513，US-A-5 138 840。
发明内容
本发明的任务在于，给出一种液力耦合器、尤其是用于涡轮复合系统中的液力耦合器，该液力耦合器相对现有技术得到改进。尤其是根据本发明的液力耦合器用少量的滑环密封装置便可满足。
根据本发明，提出一种液力耦合器，它具有一个初级轮，具有一个次级轮，该初级轮与该次级轮共同构成一个圆环面状的工作室，该初级轮布置在一个驱动轴上或与该驱动轴整体构成，其中：在该驱动轴中构造有至少一个用于将工作介质输入到该工作室中的输入通道及至少一个用于同时从该工作室排出工作介质的排出通道，其中，所述至少一个输入通道及所述至少一个排出通道至少在一个预给定的区段上在轴向方向上在该驱动轴中延伸，其中，所述至少一个排出通道设置在比所述至少一个输入通道更大的圆周上，并且，所述输入通道从该驱动轴的远离该工作室的轴向的端部直到至少接近该驱动轴另一端部处以该驱动轴的纵向轴线上的一个中央工作介质通道的形式构造并且被多个设置在径向外部的排出通道围绕。
有利的是，所述排出通道在外圆周的区域中通到该工作室中，所述输入通道在一个中间圆周的区域中通到该工作室中，该中间圆周位于该工作室的内圆周与外圆周之间的中间面附近。
有利的是，该初级轮悬臂地支承在驱动轴上并且该次级轮悬臂地支承在另一个轴上。
有利的是，该初级轮可被机械地锁止以免扭转，由此当该次级轮被驱动时该液力耦合器执行缓速器的功能。
有利的是，所述至少一个排出通道在切向上逆着当该初级轮被机械地锁止以免扭转时工作介质循环流的流动方向通入。
有利的是，在该驱动轴的相对该工作室位于远处的端部上在端面设置有一个模件，该模件具有一个至少在连接到该驱动轴上的区域中横截面为圆形或环形缝隙形的、与所述输入通道导流地连接的内部工作介质通道和一个围绕该内部工作介质通道的、至少在连接到该驱动轴上的区域中横截面为环形缝隙形的、与该驱动轴中的所述至少一个排出通道导流地连接的外部的工作介质通道。
有利的是，所述输入通道在一个中间圆周的区域中以多个入流口的形式通到该工作室中。
有利的是，所述至少一个排出通道的后区段在通入该工作室中之前在该工作室的外圆周的区域中与该液力耦合器的转动轴线轴向平行地构造在该初级轮中。
根据本发明，还提出一种动力系统，它包括一个内燃机、一个布置在该内燃机的废气流中的废气涡轮，该废气涡轮与一个被该内燃机驱动的曲轴连接成驱动连接，其中：在该废气涡轮与该曲轴之间的驱动连接中设置有一个根据本发明的液力耦合器，其中，初级轮可被该废气涡轮驱动。
有利的是，初级轮可被机械地锁止以免扭转，由此该液力耦合器液力地制动该曲轴。
根据本发明的液力耦合器的特征在于：在驱动初级轮的驱动轴中构造有一个用于将工作介质输入到工作室中的输入通道及一个用于同时从工作室排出工作介质的排出通道。当然也可设置多个输入通道及多个排出通道。尤其考虑一个中央输入通道及多个围绕该中央输入通道的排出通道。
通过在驱动轴内部设置输入通道或排出通道，所有的通道都以相同的转速旋转，由此相对传统的结构形式可取消至少一个昂贵的滑环密封装置，在传统的结构形式中输入通道构造在一个具有第一转速的部件中而排出通道构造在一个具有第二转速的部件中并且必须相应地单独相对静止部件密封。取而代之的是，可在输入通道与排出通道之间使用一个较简单的缝隙密封装置。
该输入通道或这些输入通道及该排出通道或这些排出通道在驱动轴中在轴向方向上有利地至少在一个预给定的区段上延伸。该排出通道或这些排出通道有利地设置在该输入通道或这些输入通道的径向外部。由此一方面可特别简单地进行通道之间的密封，另一方面设置在径向外部的排出通道通到液力耦合器的工作室的较大圆周的区域中并且径向内部的输入通道通到工作室的位于径向较靠内部的区域中。尤其是对于这些径向内部的通入部位，考虑径向内圆周与工作室中间高度的圆周之间的区域。尤其是工作介质直接在中央即循环流的中点上导入所谓的缓速器眼中。
尤其是如果液力耦合器不仅在涡轮耦合器模式中而且在缓速器模式中运行，则通入部位在工作室的预给定高度上定位是有利的。即在缓速器工况中由于工作室中的发热量高而需要工作介质的大的通流量，以便通过工作介质排出所产生的热量。通过在外圆周上、即在环形室形式的工作室的最大直径的区域中设置的排出通道——这些排出通道的口与缓速器工况中工作室的外圆周上的工作介质循环的流动方向相反，由于这些口的逆着在此存在的子午线流向的定向，工作介质的显著部分直接从工作室流出。而在涡轮耦合器工况中——在该涡轮耦合器工况中由于较小的转差率(该转差率在缓速器工况中为100％，在涡轮耦合器工况中有利地为3％至5％)发热少得多，需要工作介质通过液力耦合器较小的通流量。因为在此情况下子午流动反向，所以工作介质的绝大部分通过排出通道的位于径向外部的、现在沿工作介质流的方向定向的口流走，得到相应小的通流量。排出通道在工作室的圆周上、尤其是外圆周上的通入部位由此有利地切向地尤其构造在初级轮中，即在流动方向上观察的连接在排出通道在工作室中的通入部位上的第一区段与工作室的尤其是最大直径的区域中的圆周切向地构造在初级轮中。该区域有利地与液力耦合器的转动轴线轴向平行地延伸。这在后面参照图1更详细地描述。
附图说明
下面借助于一个实施例详细描述本发明。附图表示：
图1根据本发明的液力耦合器的实施例的一个纵截面视图；
图2沿图1中剖切线B-B的一个横剖的视图；
图3沿图1中剖切线A-A的一个横剖的视图；
图4根据本发明的液力耦合器在一个涡轮复合系统的动力系统中的布置。
具体实施方式
在图1中所示的轴向剖面中看到初级轮1，该初级轮设置在驱动轴4上。详细地讲，初级轮1在端面这样地被螺纹连接在驱动轴4上并且被密封，使得驱动轴4的端面轮廓构成输入通道5的端部区段的一部分，该输入通道在圆周3.2的区域中通到工作室3的中央。附加地，输入通道5在纵向方向上延伸在驱动轴4的纵向轴线上并且在此构造成通孔。这具有的优点是，穿过输入通道5的轴向区段可拧紧或卸下所示的螺钉，用这些螺钉将次级轮在端面联接在轴7上，可以拧紧或松开。
在输入通道5的径向外部，在驱动轴4中构造有多个用于从液力耦合器的工作室3排出工作介质的排出通道6。在所述纵向轴线上方看到这样一个排出通道6的横截面。多个排出通道6完全围绕着输入通道5，如尤其在图2及图3中可看到的那样。
排出通道6基本上具有呈环形间隙扇段形状的通流横截面。而输入通道在最大的轴向区域上具有圆形的通流横截面，在初级轮的区域中才被径向向外引导并且以多个分布在圆周3.2上的入流孔的形式通到工作室3的中央。
排出通道6首先也从驱动轴4的驱动侧的端部4.1开始在轴向方向上延伸并且在初级轮1的区域中这样径向向外转向，使得这些排出通道又在最大直径3.3的区域中轴向地通到工作室3中。这呈现出上面已说明的优点，即在缓速器工况中工作介质流被直接压入到出流通道6的通入部位中，导致通过液力耦合器的相应大的通流量，因为在缓速器工况中流体在次级轮2中径向向外加速并且在外圆周3.3的区域中轴向地进入到初级轮1中(在图1中在从左向右的方向上)。而在涡轮耦合器工况中，工作介质在循环流动中在外圆周3.3的区域中从右向左流动，即轴向地从初级轮流动到次级轮中，并且工作介质的相应小的部分被出流通道6接收。工作介质的最大份额通过排出通道6的出流口流走，在次级轮中径向向内减速并且在工作室3的内圆周3.1的区域中又轴向地进入到初级轮1中。
工作介质通过驱动轴4的端面4.1导入所述输入通道5中并且从排出通道6导出。为此，驱动轴4在端面设置有一个模件8，该模件具有一个中央通道9和一个围绕该中央通道9的环形缝隙形的通道10。中央工作介质通道9至少在朝着驱动轴4的端部的区域中具有一个圆形的通流横截面，其中，输入通道5与工作介质通道9彼此对齐。由于工作介质通道10至少在模件8的朝着驱动轴4的端部区域中的环形缝隙形的横截面，排出通道6与工作介质通道10也对齐。
排出通道6或工作介质通道10相对环境的密封借助一个滑环密封装置11来实现。不需要输入通道5或工作介质通道9的特殊密封，这里在驱动轴4相对模件8的连接区域中仅设置有一个缝隙形式的密封装置。从输入通道5或工作介质通道9到排出通道6或工作介质通道10允许一定的泄漏流。
因为在传统的结构形式中工作介质通过驱动轴4输入到工作室中并且工作介质通过轴7从工作室排出，即使在轴7的位于远处的轴向端部的区域中也必须设置一个与滑环密封装置11相应的滑环密封装置，所以所示实施例呈现出的优点是，所需的滑环密封装置减少一个。这使得成本降低并且使得运行可靠性更高。
两个轮、即初级轮1及次级轮2如所示的那样悬臂地支承在相应的轴4及7上。由此所有轴承可定位在液力耦合器的核心区域之外。
在图4中看到一个液力耦合器22，该液力耦合器连接在曲轴KW与废气涡轮21(ANT)之间的驱动连接中。众所周知，曲轴20被一个内燃机20驱动，废气涡轮21布置在内燃机20的废气流中，以便利用废气能量来驱动曲轴(液力耦合器22的涡轮耦合器工况)。
在液力耦合器22的缓速器工况中，初级轮1借助片式离合器23被锁止以免扭转，由曲轴传递到次级轮2上的转矩被初级轮1及片式离合器23导出，由此使曲轴制动。
参考标号清单
1初级轮            8模件
2次级轮            9工作介质通道
3工作室            10工作介质通道
4驱动轴            11滑环密封装置
4.1驱动轴的端面    20内燃机
5输入通道          21废气涡轮
6排出通道          22液力耦合器
7轴                23片式离合器

Claims (10)

1.液力耦合器(1.1)，它具有一个初级轮(1)，具有一个次级轮(2)，该初级轮(1)与该次级轮(2)共同构成一个圆环面状的工作室(3)，该初级轮(1)布置在一个驱动轴(4)上或与该驱动轴整体构成，其特征在于：在该驱动轴(4)中构造有至少一个用于将工作介质输入到该工作室(3)中的输入通道(5)及至少一个用于同时从该工作室(3)排出工作介质的排出通道(6)，其中，所述至少一个输入通道(5)及所述至少一个排出通道(6)至少在一个预给定的区段上在轴向方向上在该驱动轴(4)中延伸，其中，所述至少一个排出通道(6)设置在比所述至少一个输入通道(5)更大的圆周上，并且，所述输入通道(5)从该驱动轴(4)的远离该工作室(3)的轴向的端部(4.1)直到至少接近该驱动轴(4)另一端部处以该驱动轴(4)的纵向轴线上的一个中央工作介质通道的形式构造并且被多个设置在径向外部的排出通道(6)围绕。
2.根据权利要求1的液力耦合器，其特征在于：所述排出通道(6)在外圆周(3.3)的区域中通到该工作室(3)中，所述输入通道(5)在一个中间圆周(3.2)的区域中通到该工作室(3)中，该中间圆周位于该工作室(3)的内圆周(3.1)与外圆周(3.3)之间的中间面附近。
3.根据权利要求1或2的液力耦合器，其特征在于：该初级轮(1)悬臂地支承在驱动轴(4)上并且该次级轮(2)悬臂地支承在另一个轴(7)上。
4.根据权利要求1或2的液力耦合器，其特征在于：该初级轮(1)可被机械地锁止以免扭转，由此当该次级轮(2)被驱动时该液力耦合器执行缓速器的功能。
5.根据权利要求4的液力耦合器，其特征在于：所述至少一个排出通道(6)在切向上逆着当该初级轮(1)被机械地锁止以免扭转时工作介质循环流的流动方向通入。
6.根据权利要求1或2的液力耦合器，其特征在于：在该驱动轴(4)的相对该工作室(3)位于远处的端部上在端面设置有一个模件(8)，该模件具有一个至少在连接到该驱动轴(4)上的区域中横截面为圆形或环形缝隙形的、与所述输入通道(5)导流地连接的内部工作介质通道(9)和一个围绕该内部工作介质通道(9)的、至少在连接到该驱动轴(4)上的区域中横截面为环形缝隙形的、与该驱动轴(4)中的所述至少一个排出通道(6)导流地连接的外部的工作介质通道(10)。
7.根据权利要求2的液力耦合器，其特征在于：所述输入通道(5)在一个中间圆周(3.2)的区域中以多个入流口的形式通到该工作室(3)中。
8.根据权利要求5的液力耦合器，其特征在于：所述至少一个排出通道(6)的后区段在通入该工作室(3)中之前在该工作室(3)的外圆周(3.3)的区域中与该液力耦合器的转动轴线轴向平行地构造在该初级轮(1)中。
9.动力系统，它包括一个内燃机(20)、一个布置在该内燃机(20)的废气流中的废气涡轮(21)，该废气涡轮(21)与一个被该内燃机(20)驱动的曲轴连接成驱动连接，其特征在于：在该废气涡轮(21)与该曲轴之间的驱动连接中设置有一个根据权利要求1至6中一项的液力耦合器(22)，其中，初级轮(1)可被该废气涡轮(21)驱动。
10.根据权利要求9的动力系统，其特征在于：初级轮(1)可被机械地锁止以免扭转，由此该液力耦合器(22)液力地制动该曲轴。
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