CN102939475A - 液力耦合器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液力耦合器，其具有：泵叶轮（1）和涡轮叶轮（2），它们彼此形成圆环状的填充工作介质的工作腔（3）；封闭的工作介质循环（4），其从工作腔通过工作腔出口（5）、外部循环支路（6）和工作腔入口（7）延伸返回工作腔中；定位在工作腔外部和封闭的工作介质循环外部的存储腔（8），用于容纳为了减小工作腔的填充度而从工作腔导出的工作介质，存储腔通过工作腔外部的引导工作介质的连接件（9）连接至封闭的工作介质循环上。本发明的特征在于，存储腔设计为相对于环境气密封闭的腔体，该腔体具有用于利用控制压力对存储腔中的工作介质排挤式加载的控制压力端口（10）。

Description

液力耦合器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的液力耦合器。

背景技术

例如像在专利文献DE 19707172C1中描述的那样，这种液力耦合器包括彼此形成圆环状工作腔的泵叶轮和涡轮叶轮。工作腔可选地可或多或少地填充工作介质，以便通过改变利用工作介质来改变工作腔的填充度的液力耦合器从泵叶轮到涡轮叶轮的功率传输。因此，这种液力耦合器也称为填充受控式（

）液力耦合器。

此外为了实现给工作腔的可变地填充工作介质，在工作腔外部设置了存储腔，该存储腔容纳工作介质的、在工作腔的排空过程中从工作腔排出的一部分或者在工作腔的填充过程中仍未导入工作腔的一部分。因此，存储腔也可以称为补偿容器。

本发明仅涉及一种这样的液力耦合器，其中在存储腔和工作腔之间不存在通过其在这两个腔之间发生工作介质交换的直接连接，而是其中存储腔通过引导工作介质的连接件连接至“外部的”封闭的工作介质循环上。这种封闭的工作介质循环引导工作介质通过工作腔出口从工作腔出来进入外部循环支路并通过工作腔入口返回工作腔中。在此，外部并不强制地表示：循环支路或封闭的工作介质循环定位在液力耦合器外部，而是其也可以部分地或全部布置在液力耦合器内部或者包围液力耦合器的壳体内部。例如，封闭的工作介质循环用于，通过在外部循环支路中布置热交换器或冷却器在需要时或始终冷却工作介质。

像在专利文献DE 19707172C1中描述的那样，这种液力耦合器在其工作腔的填充度方面通常被如此控制，即或者设置特殊的用于填充耦合器的泵，借助于该泵把来自存储腔的工作介质泵送至封闭的循环中，或者通过使来自存储腔的工作介质自由流动到封闭的循环中来实现，这可以由此实现，即把存储腔设计为竖直容器-即定位在液力耦合器上方，从而在打开存储腔和封闭的工作介质循环之间引导工作介质的连接件中相应的阀时，工作介质由于重力从存储腔进入封闭的工作介质循环中，并且特别通过在分支点处较小的压力进行支持。

在实践中已经证明了，两个所述方案-填充泵和竖直容器-都具有缺点。尽管填充泵在每种可设想的情况下都可靠地工作，然而需要额外的驱动功率且造成结构上的高花费。竖直容器的工作在能量方面是有利的，因为不需要额外的驱动功率，然而在实践中出现这种情况，即其中不能以期望的精度设置液力耦合器的工作腔的期望的填充度，因此由液力耦合器传递的转矩或由液力耦合器传递的驱动功率不对应于通过转矩控制装置或功率控制装置设定的额定值。

功率传递的实际值与功率传递的额定值的这种偏差会根据液力耦合器的使用情况导致其它不利的结果。当例如像根据本发明的实施方案实现的那样，液力耦合器应用在驱动电机和风机叶轮之间的传动连接之间，以便产生冷却气流，其然后冷却装置或或介质、尤其是气体，从而不期望的功率偏差可能导致不充分的冷却功率并进而导致不允许的温度升高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种液力耦合器，这种液力耦合器针对提到的问题提供补救措施。液力耦合器应该在能量方面和具有作为存储腔的竖直容器的耦合器那样完全相同地或近似地有利地工作，并且同时像具有填充泵的液力耦合器一样可靠。此外，应该保持结构上的花费较小。

根据本发明的目的通过具有权利要求1所述的特征的液力耦合器实现。在从属权利要求中给出了本发明的有利且特别合适的设计方案。

根据本发明的液力耦合器的特征在于，存储腔，像前述的那样，通过工作腔外部的、引导工作介质的连接件连接在封闭的工作介质循环上，并且用于容纳从工作腔导出的工作介质或用于补偿流入工作腔的工作介质，存储腔被设计为相对于环境气密封闭的腔体，该腔体具有控制压力端口，以便能够向存储腔中导入控制压力用于排挤式加载存储腔中的工作介质。

控制压力端口可以如此通入存储腔中，即通过控制压力端口导入存储腔中的控制压力介质与工作介质平面的直接接触。这种工作介质平面把液体工作介质、例如油或者水与工作介质上方的空气空间或气体空间分开。为了避免控制压力介质和工作介质接触，还可以在控制压力端口和工作介质之间设置灵活的或可移动的限制件，例如膜或活塞，并且把控制压力端口以控制压力介质密封的方式或者以工作介质密封的方式与工作介质分开。

尤其考虑把空气或其它与空气不同的气体作为控制压力介质。在根据本发明的液力耦合器的特别应用领域中，液力耦合器可以用于驱动风机叶轮，该风机叶轮通过产生冷却气流直接或间接地冷却介质，尤其是与空气不同的气体，并且这种介质同时可用作控制压力介质。

有利的是，存储腔设计为环形腔，该环形腔在液力耦合器内部，尤其在包围液力耦合器的壳体内部径向地在液力耦合器的工作腔外部围绕工作腔延伸。尤其在存储腔的这种布置中，存储腔可以设计为固定腔，并且通过固定的分隔壁与泵叶轮和涡轮叶轮分开，以便通过泵叶轮或涡轮叶轮的环绕的部件阻止存储腔中工作介质和/或控制压力介质的涡流。

当液力耦合器由壳体包围时，该壳体可以具有两个彼此对置的端面，该端面通过周壁彼此连接。通过第一端面，尤其进行用于泵叶轮的驱动，并且通过第二端面尤其引导涡轮叶轮的从动。

有利的是，在第一端面中和/或第二端面中集成了多个引导工作介质的通道和/或这种通道-尤其与端面平行或基本平行地-连接在一个或两个端面上。该引导工作介质的通道包括：至少一个工作介质排出管线，其引导来自工作腔出口的工作介质进入外部循环支路；工作介质流入管线，其引导来自外部循环支路的工作介质进入工作介质入口；以及引导工作介质的连接件，存储腔借助于该连接件连接在封闭的工作介质循环上。

除了所述的连接件外，还有利地设置了连接在或集成在两个端面之一上的旁路，该旁路使工作介质排出管线鉴于工作介质的流动并联于引导工作介质的连接件以引导工作介质的方式与工作介质流入管线连接，存储腔借助于该引导工作介质的连接件连接在封闭的工作介质循环上。在旁路中可以布置止回阀，该止回阀仅实现了沿从工作介质排出管线至工作介质流入管线方向的工作介质流动。

在外部循环支路中有利地布置了用于冷却工作介质的热交换器，该循环支路部分地或全部定位在液力耦合器的壳体外部。

当液力耦合器具有与工作腔以引导工作介质的方式连接的辅助腔时，该辅助腔有利地轴向地邻近工作腔并且径向地在存储腔内部定位。辅助腔可以用于容纳从工作腔流出的工作介质，例如通过泵叶轮和涡轮叶轮之间的分离间隙流出的工作介质。来自辅助腔的工作介质可以尤其借助于动压泵（Staudruckpumpe）被输送返回存储腔中。因此，有利地可以不将辅助腔设计为环绕的腔体，从而简化动压泵的入口的安置。辅助腔也可以具有刨削边棱，以便使工作介质进入动压泵的入口之前的区域中。当然也可以实现其它实施方案，以便把来自辅助腔的工作介质输送至存储腔中，例如借助于尤其沿径向可调节的皮式管

尤其当气体被用作控制压力介质时，有利的是工作介质流入管线具有横截面扩宽部，尤其是阶梯状或跳跃式的横截面扩宽部，以便使工作介质在该横截面扩宽部膨胀，有利地直至达到大气压。由此可以一方面实现减小在流入管线中工作介质的速度，这样减小了损耗功率，以及可能实现在控制压力介质进入液力耦合器的工作腔和/或进入环绕的部件的区域中之前，可能在存储腔中通过工作介质的容纳的控制压力介质来排气。

附图说明

当前要借助于实施例和附图示在下面例性地描述本发明。附图示出：

图1以轴截面示出根据本发明设计的液力耦合器；

图2示出沿图1中线A-A的截面。

具体实施方式

图1导向通过液力耦合器的旋转轴25示出液力耦合器的轴截面。无论是泵叶轮1还是涡轮叶轮2都关于旋转轴25围绕。泵叶轮1通过驱动装置15-在此形式为支承皮带盘的驱动轴-驱动。涡轮叶轮2驱动从动装置16，该从动装置16在此形式为支承皮带盘的从动轴。

泵叶轮1和涡轮叶轮2共同包围圆环状的工作腔3，在该工作腔中通过泵叶轮1的驱动形成液力的循环流动，借助于该循环流动把驱动功率从泵叶轮1传递至涡轮叶轮2。工作腔3具有形成循环流动的工作介质的填充度是可变的。为了补偿设置了设计为固定的腔体的存储腔8，其中存储腔8的整个限制壁不是环绕的，而是沿周向包围工作腔3或泵叶轮1和涡轮叶轮2。

辅助腔22与工作腔3以引导工作介质的方式连接，辅助腔22在此以和工作腔3基本相同的直径布置在液力耦合器内部，并且在工作腔3的一个轴向侧面上或两个轴向侧面上延伸。其入口反向于泵叶轮1和涡轮叶轮2的旋转方向取向的动压泵23伸入辅助腔22中，因此位于辅助腔22中的工作介质借助于形成在入口之前的动压导入动压泵23的管件中。

工作介质由动压泵23继续流至工作腔出口5，该工作腔出口集成在端面中，该端面在此是第二端面13，通过该第二端面引导传动装置16。因此，工作腔出口5不直接布置在工作腔3和包围该工作腔的结构空间之间的端口处，而是可以说沿工作介质的流动方向位于辅助腔22之后。可以把工作腔3和辅助腔22一起称为液力耦合器的扩展的工作腔。

图1中示出的液力耦合器具有壳体11，该壳体包括：第一端面12，通过该第一端面引导驱动装置15；第二端面13；以及连接这两个端面12，13的周壁14。在此周壁14与第二端面13一体式形成，且第一端面12在端侧被旋紧在周壁14上。

支撑泵叶轮1的轴和支撑涡轮叶轮2的轴分别安置在两个轴承26中，有利地借助于工作介质润滑和/或冷却这些轴承。为了相对于环境密封壳体14在驱动轴或从动轴处的内部空间，设置了密封环或密封件27。在此可以采取尤其是膨胀空间形式的措施，即对轴承26中的工作介质降低压力，从而可以通过密封件把包含在轴承中的用作控制压力介质的气体排放至环境中。

在液力耦合器的壳体11中设置了控制压力端口10，该控制压力端口通入存储腔8，从而控制压力介质可以通过控制压力端口10（或多个控制压力端口）导入存储腔8中，以便根据控制压力介质的控制压力的高度或多或少地挤压位于存储腔8中的工作介质。被挤压的-以下参考附图2进行描述的-工作介质流经引导工作介质的连接件9流入封闭的工作介质循环4（同样参见图2）中，并从那里经过工作腔入口7-例如通过设置在工作腔入口7和工作腔3之间的填充孔-进入工作腔3中。

如示出的，工作腔入口7对应于工作腔出口5定位在扩展的工作腔的端口处的，也就是说沿流动方向位于辅助腔22之前，其中还可以在辅助腔22旁边设置工作腔入口7和工作腔3之间的直接连接。

在图2现在在截面图中识别出引导工作介质的通道，该通道集成在第二端面13中。与图1中的图示对应的元件具有相同的附图标记，因此可以省去详细描述。箭头示出了液力耦合器的叶轮（泵叶轮1和涡轮叶轮2）的旋转方向。

具体地，在图2中识别出沿流动方向位于动压泵23之后的工作腔出口5，以及工作腔入口7。工作介质从工作腔出口5流经工作介质排出管线17进入外部循环支路6，用于冷却工作介质的热交换器布置在外部循环支路中。通常工作介质流经热交换器21。工作介质从外部循环支路6流经工作介质流入管线18进入工作腔入口7。在此在工作介质流入管线18中布置了节流板28，借助于节流板实现对工作介质流的限制。沿流动方向在节流板28之后紧邻工作腔入口7之前设置了工作介质流入管线18的横截面扩宽部24，横截面扩宽部导致工作介质膨胀直至达到工作腔入口7中的大气压，由此包含在工作介质中的气体、尤其是控制压力介质被从工作介质中排出。

因此，壳体11中引导工作介质的管路或引导工作介质的通道形成封闭的工作介质循环，该工作介质循环从工作腔出口5经过工作介质排出管线17、外部循环支路6、工作介质流入管线18和工作腔入口7返回工作腔并从那里重新至工作腔出口5。

在图1中示出的存储腔8通过图2以剖视图示出的引导工作介质的连接件9与封闭的工作介质循环4连接。在此，引导工作介质的连接件9沿工作介质的流动方向在节流板28之前通入封闭的工作介质循环4中。有利的是，引导工作介质的连接件9是存储腔8和封闭的工作介质循环4之间唯一的引导工作介质的连接。在这种情况下，当由于通过控制压力端口10引入控制压力介质而使存储腔8中压力升高时，工作介质从存储腔8通过引导工作介质的连接件9流入工作腔3外部的封闭的工作介质循环4中，且当存储腔8中的压力相应减小时，工作介质从工作腔3外部的封闭的工作介质循环4通过引导工作介质的连接件9返回存储腔8中，参见双箭头29。或者可以通过控制压力端口10或者至少一个额外的排气端口或通风管路实现存储腔28的排气，用于减小存储腔中的压力。

沿工作介质的流动方向平行于热交换器21设置了旁路19，旁路19同样设计为在壳体11、在此为第二端面13中的引导工作介质的通道。旁路19以引导工作介质的方式连接了工作介质排出管线17和工作介质流入管线18。为了阻止工作介质从工作介质流入管线18回流至工作介质排出管线17中，在旁路19中设置了止回阀20。

为了可以使未借助于动压泵23除去的工作介质从辅助腔22再次流回工作腔3中，设置了回流部30，在此回流部30同样作为引导工作介质的通道集成在壳体11中或此处在第二端面13中。

当和空气不同的气体被用作控制压力介质时，有利的是采取措施减小或避免该气体在液力耦合器中的浓缩。为此，可以设置流入管路（未示出）和排气管路（未示出），该流入管路和排气管路引起通过液力耦合器、尤其是其工作腔3和/或辅助腔22的连续空气通过量，以便排出产生的气态的控制压力介质并避免形成可点燃的混合物，该控制压力介质例如是天然气或沼气。可选地，也可以设计为通过有针对性地导入控制压力介质把含氧的空气从液力耦合器有针对性地挤压出来。为此，存储腔的通风管路特别有利地连接在液力耦合器上，尤其是其工作腔上，从而把从存储腔排出的控制压力介质导入液力耦合器中并且通过排气管路排出。当在排气管路中设置了过压阀，尤其是止回阀或其它节流机构以便确保液力耦合器的排气区域中过压时，没有空气能通过未密封的位置或排气管路无意地侵入液力耦合器中，且避免了形成可点燃的混合物的风险。

Claims (10)

1.一种液力耦合器，具有：

1.1泵叶轮（1）和涡轮叶轮（2），所述泵叶轮和涡轮叶轮彼此形成圆环状的填充工作介质的工作腔（3）；

1.2封闭的工作介质循环（4），所述工作介质循环从所述工作腔（3）经过工作腔出口（5）、外部循环支路（6）和工作腔入口（7）延伸返回所述工作腔（3）中；

1.3定位在所述工作腔（3）外部和所述封闭的工作介质循环（4）外部的存储腔（8），所述存储腔用于容纳为了减小所述工作腔（3）的填充度从所述工作腔（3）导出的工作介质，所述存储腔通过所述工作腔（3）外部的引导工作介质的连接件（9）连接至所述封闭的工作介质循环（4）上，

其特征在于，

1.4所述存储腔（8）设计为相对于环境气密封闭的腔体，所述腔体具有利用控制压力对所述存储腔（8）中的工作介质排挤式加载的控制压力端口（10）。

2.根据权利要求1所述的液力耦合器，其特征在于，所述存储腔（8）设计为环形腔，所述环形腔在所述液力耦合器内部径向地在所述工作腔（3）外部围绕所述工作腔延伸。

3.根据权利要求2所述的液力耦合器，其特征在于，所述存储腔（8）设计为固定腔，并且尤其通过固定的分隔壁与所述泵叶轮（1）和所述涡轮叶轮（2）分开。

4.根据权利要求2或3中的一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述液力耦合器由壳体（11）包围，所述壳体包括两个彼此对置的端面（12，13），所述端面通过周壁（14）彼此连接，其中通过第一端面（12）尤其引导用于所述泵叶轮（1）的驱动装置（15）且通过第二端面（13）尤其引导用于所述涡轮叶轮（2）的从动装置（16），以及在所述壳体（11）中、尤其在所述第一端面（12）上或所述第二端面（13）上集成了或连接了多个引导工作介质的通道，所述引导工作介质的通道包括：工作介质排出管线（17），所述工作介质排出管线引导来自所述工作腔出口（5）的工作介质进入所述外部循环支路（6）；工作介质流入管线（18），所述工作介质流入管线引导来自所述外部循环支路（6）的工作介质进入所述工作介质入口（7）；以及所述引导工作介质的连接件（9），所述存储腔（8）借助于所述引导工作介质的连接件连接在封闭的所述工作介质循环（4）上。

5.根据权利要求4所述的液力耦合器，其特征在于，多个集成在所述壳体（11）中或连接在所述壳体上的所述通道还包括旁路（19），所述旁路使所述工作介质排出管线（17）并联于所述引导工作介质的连接件（9）以引导工作介质的方式与所述工作介质流入管线（18）连接，其中在所述旁路中尤其布置了止回阀（20），所述止回阀仅实现了沿从所述工作介质排出管线（17）至所述工作介质流入管线（18）方向的工作介质流动。

6.根据权利要求4或5中的一项所述的液力耦合器，其特征在于，在所述外部循环支路（2）中布置了用于冷却所述工作介质的热交换器（21），所述外部循环支路（2）尤其部分或完全在所述液力耦合器的所述壳体（11）外部被导向。

7.根据权利要求1至6中的一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述液力耦合器具有与所述工作腔（3）以引导工作介质的方式连接的辅助腔（22），所述辅助腔尤其轴向地邻近所述工作腔（3）并且径向地在所述存储腔（8）内部定位，以及所述辅助腔（22）以引导工作介质的方式与所述存储腔（8）连接，从而使从所述工作腔（3）流入所述辅助腔（22）的所述工作介质尤其借助于动压泵（23）被输送返回所述存储腔（8）中，所述动压泵（23）伸入所述辅助腔（22）中。

8.根据权利要求4至7中的一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述工作介质流入管线（18）具有横截面扩宽部（24），尤其是跳跃式的横截面扩宽部（24），以便使所述工作介质膨胀，尤其直至达到大气压。

9.根据权利要求1至8中的一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述存储腔（8）具有通风管路，所述通风管路通入环境中或所述液力耦合器中，尤其是所述液力耦合器的所述工作腔（3）或辅助腔（22）中，以便引出由所述存储腔（8）排出的控制压力介质。

10.根据权利要求9所述的液力耦合器，其特征在于，所述通风管路通入所述液力耦合器中，尤其是所述液力耦合器的所述工作腔（3）或辅助腔（22）中，并且具有过压阀或节流机构的排气管路连接在所述液力耦合器上，尤其是所述液力耦合器的所述工作腔（3）或辅助腔（22）上，通过所述排气管路在维持所述液力耦合器的排气区域中过压的情况下把由所述存储腔（8）排出的控制压力介质排出至所述环境中。

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