DE10163486C1 - Hydrodynamische Baueinheit - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baueinheit DOLLAR A - mit einem Eingang und einem Ausgang und einem dazwischen angeordneten hydrodynamischen Bauelement, umfassend ein Primärschaufelrad und ein Sekundärschaufelrad; DOLLAR A - Das hydrodynamische Bauelement ist frei von einem Leitrad; DOLLAR A - mit einem, das Primärschaufelrad und das Sekundärschaufelrad umschließenden ruhenden Gehäuse. DOLLAR A Die Erfindung ist gekennzeichnet durch das folgende Merkmal: DOLLAR A - das hydrodynamische Bauelement ist frei von einer mit dem Primärschaufelrad drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad in axialer und in Umfangsrichtung umschließenden Primärschaufelradschale.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baueinheit. Beispielweise sei auf die Patentschrift DE 32 11 337 verweisen, die eine hydrodynamische Regelkupplung mit einem feststehenden Gehäuse beschreibt. Hydrodynamische Baueinheiten werden in Getriebebaueinheiten als Anfahreinheit eingesetzt. Denkbar ist auch die Ausführung als kombinierte Anfahr- und/oder Bremseinrichtung. Aus der Druckschrift WO 00/55020 ist eine Ausführung einer Anfahreinheit bekannt, welche ein hydrodynamisches Bauelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung und eine Überbrückungskupplung umfaßt. Die hydrodynamische Kupplung und die Überbrückungskupplung sind parallel geschaltet. In der Regel weisen derartige hydrodynamische Kupplungen eine sogenannte Pumpenradschale auf, welche drehfest mit dem Primärschaufelrad verbunden ist. Diese umschließt das Sekundärschaufelrad in axialer Richtung und in radialer Richtung fast vollständig. Um während des Betriebes der hydrodynamischen Kupplung die entstehende Wärme abzuführen, ist dieser in der Regel ein externer Kühlmittelkreislauf zugeordnet, über welchen Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum nach außerhalb des Arbeitsraumes geführt wird und nach Kühlung wieder in den Arbeitsraum eintritt. Derartige durchflußgesteuerte Kupplungen sind für eine Vielzahl von Einsatzfällen, insbesondere für stationäre Anwendungen bekannt. In der Regel wird zur Realisierung eines Betriebsmittelumlaufes außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes ein Schöpfrohr verwendet, welches das Betriebsmittel aus der rotierenden Pumpenradschale aufnimmt und wieder dem Eintritt in den torusförmigen Arbeitsraum zuführt. Für Ausführungen als Anfahreinheit in Getriebebaueinheiten stellt sich dabei die Problematik, daß derartige hydrodynamische Baueinheiten in axialer Richtung enormen Bauraum benötigen, welcher insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen nicht zur Verfügung steht. Eine Alternative besteht im Vorsehen einer separaten Füllpumpeneinrichtung, welche den hydrodynamischen Kreislauf außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes unterstützt. Allerdings ist auch diese Ausführung mit Zusatzaufwand verbunden. Ein wesentlicher Nachteil besteht auch darin, daß die Durchsatzmenge von der Menge des aus dem torusförmigen Arbeitsraum austretenden Betriebsmittels während des Betriebes und den Gegebenheiten des externen Kreislaufes abhängt. Insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen muß jedoch aufgrund der Dauerbelastung mit sehr hohen Durchsatzmengen gerechnet werden. Diese stellen ein wesentliches Problem dar, welches ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht befriedigend erzielt werden können. Die Hilfsmittel benötigen jedoch Antriebsleistung und sind im zur Verfügung stehenden Bauraum mit einzupassen.

Ein weiterer Nachteil bei gewünschter Füllungsgradsteuerung besteht in der Erfassung des aktuellen Füllungsgrades, welcher als Funktion des Druckes im Arbeitsraum ermittelt werden kann. Ein möglichst genauer Abgriff kann dabei nur im oder in unmittelbarer Nähe zum Arbeitskreislauf erfolgen. Die Anbindung von Sensoren an rotierende Elemente ist jedoch problematisch und führt zu Verfälschungen des Ergebnisses bzw. bedingt eine aufwendige Ermittlung der durch Rotation bedingten Druckkomponente.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Baueinheit für den Einsatz als Anfahr- und/oder Bremseinheit derart weiter zu entwickeln, daß in allen Betriebszuständen eine optimale Betriebsweise gewährleistet wird, insbesondere eine optimale Betriebsmitteltemperatur gewährleistet werden kann. Dies bedeutet, daß aufgrund der sehr hohen Drehzahl beim Einsatz in Fahrzeugen ein sehr hoher Durchsatz im externen Kreislauf erzielt werden muß. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen möglichst geringen konstruktiven Aufwand auszeichnen, wobei die axiale Baulänge möglichst gering zu halten ist. Ferner soll bei dieser eine möglichst genaue Ermittlung des Druckes im Arbeitsraum, der als eine wesentliche Eingangsgröße für eine Mehrzahl von Ansteuervorgängen erforderlich ist, möglich sein.

Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die hydrodynamische Baueinheit umfaßt einen Eingang und einen Ausgang und ein dazwischen angeordnetes hydrodynamisches Bauelement, umfassend ein mit dem Eingang wenigstens mittelbar, d. h. direkt oder indirekt drehfest verbundenes Primärschaufelrad und ein mit dem Ausgang drehfest verbindbares Sekundärschaufelrad, die miteinander einen Arbeitsraum bilden, der torusförmig ist. Das hydrodynamische Bauelement ist frei von einem Leitrad, d. h. es handelt sich lediglich um eine Drehzahlwandlungseinrichtung, so daß für eine bestimmte vorgegebene zu übertragende Leistung lediglich eine Variation hinsichtlich der Drehzahl an der Abtriebsseite möglich ist. Zwischen An- und Abtriebsseite, d. h. Primär- und Sekundärschaufelrad, herrscht dabei Momentengleichheit. Beide Schaufelräder sind des weiteren von einem ruhenden Gehäuse umschlossen. Dies bedeutet, daß das hydrodynamische Bauelement frei von einer mit dem Primärschaufelrad drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad in axialer und in Umfangsrichtung umschließenden Primärschaufelradschale ist. Im vom ruhenden Gehäuse gebildeten Innenraum sind somit lediglich die beiden Schaufelräder - Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad - als aktive Elemente zur Leistungsübertragung angeordnet. Das ruhende Gehäuse bietet dabei den Vorteil, daß insbesondere bei füllungsgradgesteuerten hydrodynamischen Bauelementen in Form von hydrodynamischen Kupplungen, bei welchen das Sekundärschaufelrad drehfest im Betrieb mit dem Ausgang verbunden ist, den Druck als zu verarbeitende Eingangsgröße im ruhenden Gehäuse als proportionale Größe zum Füllungsgrad abgegriffen werden kann, wobei der Abgriff im ruhenden Gehäuse relativ einfach zu bewerkstelligen ist und der dafür erforderliche Aufwand sehr gering gehalten werden kann. Die Innenwand des ruhenden Gehäuses und die Außenumfänge von Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad begrenzen dabei in axialer Richtung jeweils einen Schaufelradnebenraum. Im Schaufelradnebenraum sind keine weiteren in axialer Richtung angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden Trennwände vorgesehen. In radialer Richtung ist zwischen dem Gehäuse und den Außenumfängen der Schaufelräder ein Spalt geringer Größe vorgesehen. An einem der beiden Schaufelräder oder zwischen diesen ist ferner mindestens ein Austritt aus dem Arbeitsraum vorgesehen, welcher in den radialen Spalt mündet. Das Betriebsmittel kann in einer Weiterentwicklung dabei aus dem Spalt des weiteren über das ruhende Gehäuse mit oder ohne Zwischenspeicherung oder über in diesem angeordnete Kanäle oder Hohlräume abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist der radiale Spalt mit mindestens einem Hohlraum im Gehäuse gekoppelt. Während des Betriebes des hydrodynamischen Bauelementes gelangt Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum über den Austritt in den Spalt. Dadurch baut sich in diesem Raum ein hoher nutzbarer Druck auf, welcher proportional zum Druck im Arbeitsraum ist. Die Größe des Spaltes in radialer Richtung kann durch eine Größenangabe im Bereich zwischen größer 0% und einschließlich 25% des Querschnittes von Ein- und Austritt in bzw. aus dem Arbeitsraum beschrieben werden. Dadurch baut sich in diesem Raum ein sehr hoher nutzbarer Druck auf, welcher aufgrund der hohen Druckdifferenz zwischen diesem Raum und dem Eintritt bzw. Zufuhrraum zum torusförmigen Arbeitsraum der Aufrechterhaltung eines Betriebsmittelstromes vom Arbeitsraum zum Arbeitsraum in allen Betriebszuständen der hydrodynamischen Kupplung bei Führung in einem Kreislauf gewährleistet. Das Betriebsmittel wird dabei als Teilströmung zum eigentlichen Arbeitskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum über Kanäle im Gehäuse oder über ein Leitungssystem geführt. Die Zufuhr erfolgt wiederum zum Eintritt in den Arbeitsraum des hydrodynamischen Bauelementes. Insbesondere bei druckdichter Ausführung des geschlossenen Kreislaufes, welcher vom Arbeitskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum und im externen Teil, welcher außerhalb des Arbeitsraumes geführt wird, gebildet wird, kann ein durch das hydrodynamische Bauelement selbst erzeugter Druck im Gesamtsystem aufrechterhalten werden. Dieser Kreislauf funktioniert dabei frei von zusätzlichen Fördereinrichtungen und ist dabei nicht an entsprechende Restriktionen bezüglich der Leitungsführung gebunden. Der externe Teil des geschlossenen Kreislaufes kann dabei für sich allein schon als Kühlkreislauf bezeichnet werden, da über die Leitungsverbindungen zwischen dem Ablauf und dem Zulauf Wärme durch Wärmestrahlung abgeführt werden kann. Zusätzlich können in vorteilhafter Weise Kühleinrichtungen in diesen integriert werden.

Um eine druckdichte Ausführung des externen Kreislaufteiles zu erreichen, ist es dabei erforderlich, daß sowohl die beiden Schaufelräder gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden, d. h. dichtend geführt, als auch zwischen dem Primärschaufelrad und dem Sekundärschaufelrad im radial inneren Bereich, d. h. unterhalb einer radialen Erstreckung des torusförmigen Arbeitsraumes eine Dichtung vorgesehen ist. Diese Dichtungen sind vorzugsweise alle als berührende Dichtungen ausgeführt. Ausführungen mit Drehdurchführungen sind ebenfalls denkbar.

Unter einem weiteren Aspekt können bei druckdichter Ausführung des geschlossenen Kreislaufes Mittel zur Erzeugung eines Beeinflussungsdruckes auf das im geschlossenen Kreislauf geführte Betriebsmittel vorgesehen werden, d. h. es besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Füllungsgrad des hydrodynamischen Bauelementes zu steuern. Unter einem weiteren Aspekt ist im geschlossenen Kreislauf mindestens eine Knotenstelle zum wahlweisen Anschluß von Mitteln zur Befüllung und/oder Entleerung und/oder Mittel zur Druckvorgabe im System angeordnet. Die Mittel zur Druckvorgabe sind dabei vorzugsweise druckdicht an den geschlossenen Kreislauf angeschlossen und dienen der Erzeugung eines statischen Überlagerungsdruckes im geschlossenen Kreislauf. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Druckvorgabe einen druckdicht abgeschlossenen Behälter, welcher druckdicht mit dem geschlossenen Kreislauf verbunden ist. Die Druckvorgabe erfolgt dabei durch Aufbringen eines Druckes auf den Behälterspiegel. Eine andere Möglichkeit besteht in der Erzeugung eines Druckes durch zusätzliche Elemente. Entscheidend ist jedoch, daß durch Aufbringen eines Druckes im geschlossenen Kreislauf eine Möglichkeit der Steuerung und Regelung bei Rückführung gegeben ist. Insbesondere für die Regelung ist es besonders günstig, wenn die Regelgröße, d. h. der Druck, in optimaler Weise wie mit der erfindungsgemäßen Lösung im ruhenden Gehäuse abgegriffen werden kann und eine entsprechend zuverlässige Aussage über den Druck im Arbeitsraum ermöglicht.

Die Mittel zur Befüllung umfassen in der Regel eine Betriebsmittelspeichereinrichtung und Mittel zum Betriebsmitteltransport. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zur Vereinfachung des Gesamtsystems die Mittel zur Befüllung und Entleerung und die Mittel zur Druckvorgabe von einem System gebildet. Die Befüllung und Entleerung erfolgt dabei vorzugsweise ebenfalls über den druckdicht an das geschlossene System angeschlossenen Behälter und Ausübung eines Druckes auf den Behälterspiegel oder über Pumpeinrichtungen.

Bezüglich der Anordnung und Ausführung des Austrittes aus dem Arbeitsraum in den Spalt besteht eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Dieser kann am Primärschaufelrad, am Sekundärschaufelrad oder im Bereich der Trennebene zwischen beiden vorgesehen werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist zur Verbindung von Arbeitsraum und Spalt im Primärschaufelrad wenigstens eine Öffnung vorgesehen, welche einen Kanal durch das Primärschaufelrad bildet, der sich von der Innenfläche des beschaufelten Teiles des Primärschaufelrades zum Außenumfang des Primärschaufelrades erstreckt und derart ausgerichtet ist, daß sich die Lage mittels wenigstens einer Richtungskomponente beschreiben läßt, welche tangential an die Kontur des zwischen den beiden Schaufelrädern entstehenden Arbeits- bzw. Strömungskreislaufes im torusförmigen Arbeitsraum angelegt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, daß zusätzlich zum Strömungskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum zum Zwecke der Kraftübertragung ein Nebenstrom an Betriebsmittel abgezweigt wird, welcher direkt in den Spalt gelangt und von diesem weiter in das Gehäuse geleitet werden kann. Vorzugsweise ist der Verbindungskanal, d. h. die Öffnung am Primärschaufelrad, derart ausgeführt, daß diese tangential in Richtung der Kreislaufkontur, d. h. der sich im Arbeitsraum im Betriebszustand einstellenden Strömung und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist. Dies ermöglicht es, den Nebenstrom mit dem geringst möglichen Widerständen und Strömungsgeschwindigkeitsverlusten zu erzeugen.

Vorzugsweise sind eine Mehrzahl von Verbindungskanälen, d. h. von Öffnungen im Primärschaufelrad vorgesehen. Diese können entweder

• 1. auf einer gemeinsam gedachten theoretischen Umfangslinie oder aber
• 2. auf mehreren verschiedenen gedachten Umfangslinien

am Primärschaufelrad angeordnet sein. Unter Umfangslinien werden dabei theoretisch gedachte Linien am Außenumfang des Primärschaufelrades verstanden, welche parallel zur gedachten Mittelebene zwischen dem Pumpen- und Turbinenschaufelrad im eingebauten Zustand der Kupplung verlaufen. Es besteht dabei die Möglichkeit die Anordnung wechselweise auf unterschiedlichen Umfangslinien vorzunehmen.

Die Verbindungsleitungen bzw. Öffnungen am Primärschaufelrad können des weiteren auf einer Umfangslinie oder mehreren Umfangslinien in

• 1. konstanten Abständen oder
• 2. unterschiedlichen Abständen zwischen zwei einander benachbarten Öffnungen

angeordnet werden.

Die Auswahl der Anzahl sowie die Anordnung auf den unterschiedlichen Umfangslinien liegt im Ermessen des Fachmannes.

Für die Gestaltung des Querschnittes der Verbindungskanäle bzw. Öffnungen sind eine Vielzahl von Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise können diese einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, ovale Ausführungen oder Ausführungen mit Querschnitten in Form von Langlöchern sind ebenfalls denkbar.

Die Ausgestaltung des Verbindungskanals vom torusförmigen Arbeitsraum zum Außenumfang des Primärschaufelrades kann vielgestaltig erfolgen. Vorzugsweise ist eine direkt gerichtete, insbesondere tangential zur Kreislaufkontur im Arbeitsraum ausgerichtete Gestaltung, vorgesehen. Es besteht jedoch auch die theoretische Möglichkeit, geringfügige Änderungen eines derartigen Verlaufes vorzunehmen. Vermieden wird jedoch, was zu erheblichen Störungen des Nebenstromes und damit zur Beeinträchtigung seiner Funktion führt. Geringfügige Abweichungen von einem geradlinigen Verlauf im Verbindungskanal sind jedoch denkbar.

Des weiteren kann der Verbindungskanal zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum und dem Außenumfang des Primärschaufelrades mit

• 1. konstantem Querschnitt
• 2. mit unterschiedlichen Querschnitten

ausgeführt sein. Querschnittsveränderungen zur Beeinflussung des Nebenstromes werden vorzugsweise allmählich zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit vorgenommen.

Die einzelnen Möglichkeiten bezüglich der querschnittsmäßigen Ausgestaltungen der Verbindungskanäle bzw. Öffnungen, deren Anordnung auf einer oder aber einer Mehrzahl von unterschiedlichen Umfangslinien am Primärschaufelrad und/oder der Ausgestaltung des Verlaufes des Verbindungskanals bzw. der Öffnung am Primärschaufelrad vom torusförmigen Arbeitsraum bis zum Außenumfang des Primärschaufelrades können beliebig miteinander entsprechend der zu erzielenden Wirkung kombiniert werden. Die konkrete Auswahl erfolgt dabei vorzugsweise entsprechend den Gegebenheiten des Einsatzfalles, insbesondere des verwendeten Betriebsmittels.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die hydrodynamische Baueinheit als völlig autarke Einheit für unterschiedliche Anwendungszwecke vormontiert und geliefert werden kann. Diese kann dann mit anderen Komponenten zu einer Gesamteinheit zusammengefügt werden. Beispielsweise kann diese für den Einsatz in Automat- oder Schaltgetriebebaueinheiten, insbesondere mit Eignung für den Einsatz im automatisierten Schaltgetriebe mit einer Überbrückungskupplung kombiniert werden. Ferner kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zur Erzielung positiver Effekte das hydrodynamische Bauelement als Anfahrelement ausgestaltet werden, wobei das hydrodynamische Bauelement in Form der hydrodynamischen Kupplung als Anfahrelement fungiert, dessen Antrieb mit dem Eingang und dessen Abtrieb mit dem Ausgang gekoppelt ist, wobei zwischen dem Abtrieb des Anfahrelementes und dem Ausgang der hydrodynamischen Baueinheit und damit der Anfahreinheit ein Freilauf vorgesehen ist. Dieser Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung dabei folgende Funktionszustände:

• 1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d. h. dem Turbinenrad, gleich der am Ausgang wird ein Moment vom Turbinenrad auf den Ausgang übertragen.
• 2. Ist die Drehzahl des Turbinenrades, d. h. des Abtriebes des hydrodynamischen Bauelementes, geringer als am Ausgang der hydrodynamischen Baueinheit wird über das Turbinenrad, d. h. das Sekundärschaufelrad, kein Moment auf den Ausgang übertragen. Das Sekundärschaufelrad läuft frei. Diese Lösung bietet neben der Realisierung eines nahezu verschleißfreien Anfahrvorganges den Vorteil, daß während des Schaltvorganges das hydrodynamische Bauelement nicht entleert werden muß und auch keine zusätzliche drehende Kupplung zur Leistungsunterbrechung erforderlich ist. Die Abkopplung des Einganges und damit der Getriebeeingangswelle von den nachgeordneten Schaltstufen erfolgt allein über den Freilauf und sichert somit die Funktion der Synchroneinrichtung im Schaltgetriebe.

Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zusätzlich eine Überbrückungskupplung vorgesehen, die parallel zum hydrodynamischen Bauelement geschaltet ist, jedoch nur während zeitlich geringer oder definierten Phasen gemeinsam mit dem hydrodynamischen Bauelement in Eingriff ist, wobei der Leistungsfluß zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit unterbrechbar ist. Diese Unterbrechbarkeit kann dabei beim Einsatz der Anfahreinheit in automatisierten Schaltgetrieben mit dem der Anfahreinheit nachgeordneten mechanischen Getriebeteil durch die Schaltbarkeit der Überbrückungskupplung bei gleichzeitiger Entleerung bzw. bereits geleerter hydrodynamischer Kupplung oder beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben mit mechanischem Getriebeteil oder Nach- bzw. Gruppenschaltsatz beim Umschalten zwischen den unteren Gangstufen durch die Entleerung der hydrodynamischen Kupplung, d. h. des hydrodynamischen Bauelementes, erfolgen. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Ausführung die Abtriebsseiten der hydrodynamischen Kupplung und der Überbrückungskupplung drehfest miteinander über den Freilauf gekoppelt. Der Vorteil einer derartigen Anordnung wiederum besteht im wesentlichen darin, daß nur zwei Zustände bezüglich der Leistungsübertragung unterschieden werden müssen, wobei diese rein mechanisch über die Überbrückungskupplung oder hydrodynamisch über das hydrodynamische Bauelement erfolgt. Durch die geeignete Ansteuerung können dabei zusätzlich die Vorteile der hydrodynamischen Leistungsübertragung für bestimmte Fahrzustände optimal genutzt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, bei Ausführung mit Freilauf durch Zuordnung einer Einrichtung zum wahlweisen Festhalten des Sekundärschaufelrades das im Traktionsbetrieb als hydrodynamische Kupplung betreibbare Element wahlweise auch als hydrodynamischen Retarder zu betreiben und damit eine verschleißfreie Bremseinrichtung unter Ausnutzung vorhandener Bauelemente zu ermöglichen. Eine separate hydrodynamische Bremseinrichtung, welche insbesondere beim Einsatz in Nutzfahrzeugen Verwendung findet, kann dabei entfallen. Die Ventilationsverluste dieses Retarders beim Einsatz der hydrodynamischen Baueinheit als kombinierte Anfahr-/Bremseinheit sind im Vergleich zum konventionellen Retarder gering. Die Einrichtung zum Festhalten bzw. zur Ankopplung des Sekundärschaufelrades am Gehäuse ist im einfachsten Fall als Bremseinrichtung vorzugsweise in Scheibenbauweise ausgeführt. Diese wird am Abtrieb der hydrodynamischen Kupplung, d. h. am Sekundärschaufelrad, wirksam. Die Anbindung des Bremselementes am Sekundärschaufelrad erfolgt dabei zwischen Turbinenrad und Freilauf.

Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit;

Fig. 2a verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungen einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit mit im Gehäuse vollständig integriertem externen Kreislaufteil des geschlossenen Kreislaufes;

Fig. 2b verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungen einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit mit im Gehäuse teilweise integriertem externen Kreislaufteil des geschlossenen Kreislaufes;

Fig. 3a bis 3d zeigen Anordnungen eines Austrittskanals;

Fig. 4 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine Ausführung eines Querschnittsverläufes eines Austrittskanals;

Fig. 5a und 5b verdeutlichen mögliche Querschnitte eines Austrittskanals;

Fig. 6a und 6b verdeutlichen Ausführungen der hydrodynamischen Baueinheit mit unterschiedlichen Funktionen des hydrodynamische Bauelementes

Fig. 7 verdeutlicht die Möglichkeit der Füllungsgradsteuerung für eine Ausführung gemäß Fig. 2b;

Fig. 8 verdeutlicht eine spiralförmige Ausgestaltung eines im Gehäuse mit dem Eintritt und dem Austritt gekoppelten Kanals zur Betriebsmittelführung im geschlossenen Kreislauf.

Die Fig. 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung das Grundprinzip einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit 1. Diese umfaßt einen Eingang E und einen Ausgang A. Die hydrodynamische Baueinheit 1 umfaßt ferner ein zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A angeordnetes hydrodyna­ misches Bauelement 2, welches ein drehfest mit dem Eingang E koppelbares Primärschaufelrad 3 und ein drehfest mit dem Ausgang A koppelbares Sekundär­ schaufelrad 4 umfaßt. Das hydrodynamische Bauelement 2 ist frei von einem Leitrad. Ferner ist ein Gehäuse 5 vorgesehen, welches das hydrodynamische Bauelement 2, insbesondere das Primärschaufelrad und das Sekundärschaufelrad 3 bzw. 4 in radialer und axialer Richtung umschließt. Bei diesem handelt es sich um ein ruhendes Gehäuse. Erfindungsgemäß ist das hydrodynamische Bauelement 2 frei von einer drehfest mit dem Primärschaufelrad 3 gekoppelten Primärschaufelradschale, welche das Sekundärschaufelrad 4 in axialer Richtung und in radialer Richtung umschließt. Dies bedeutet, daß Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 im ruhenden Gehäuse 5 umlaufen. Die zwischen den jeweiligen Schaufelrädem - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - und der Innenwand 6 des Gehäuses 5 gebildeten Schaufelrad-Nebenräume 7 und 8 sind somit in axialer Richtung betrachtet nicht durch weitere Einbauten oder Trennwände unterbrochen und werden allein durch die Innenwand 6 und die Kontur bzw. den Außenumfang 9 bzw. 10 der einzelnen Schaufelräder 3 und 4 begrenzt. Die beiden Schaufelradnebenräume 7 und 8 bilden den Gehäuseinnenraum 14. In radialer Richtung ist zwischen der Innenwand 6 des Gehäuses 5, insbesondere der zu den Schaufelrädem - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - gerichteten Fläche oder Flächen 47 und den beiden Schaufelrädem - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - ein radialer Spalt 46 geringer Größe vorgesehen. Die Abmessung des Spaltes 46 in radialer Richtung im Querschnitt betrachtet beträgt zwischen größer 0 und einschließlich 25% der Querschnitte von Eintritt und Austritt in den Arbeitsraum 11.

Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad bilden einen Arbeitsraum 11. Dieser ist vorzugsweise torusförmig. Zwischen Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 oder an einem der beiden Schaufelräder ist wenigstens ein Austritt 12 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 angeordnet, welcher in den Spalt 46 mündet. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist dieser Austritt 12 am Primärschaufelrad 3 vorgesehen. Dieser ist beispielsweise als Kanal 13 im Primärschaufelrad 3 angeordnet und verbindet den torusförmigen Arbeitsraum 11 mit dem Raum außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes 11, d. h. dem Gehäuseinnenraum 14, der von der Gehäuseinnenwand 6 begrenzt wird. Der Kanal 13 erstreckt sich durch die Wand 45 des Primärschaufelrades 3. Der Kanal 13 ist dabei derart gestaltet und ausgerichtet, daß wenigstens eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung im Betriebszustand des hydrodynamischen Bauelementes 2 zwischen dem Primärschaufelrad 3 und dem Sekundärschaufelrad 4 sowie im wesentlich tangential zu der sich im Betriebszustand einstellenden Kreislaufkontur des sich als Arbeitskreislauf 24 einstellenden Strömungskreislaufes im torusförmigen Arbeitsraum 11 ausgerichtet ist. Dies bedeutet, daß der Austritt aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 immer tangential zum sich als Arbeitskreislauf 24 einstellenden Strömungskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum 11 erfolgt.

Der Spalt 46 wiederum ist mit einem Raum außerhalb des Gehäuseinnenraumes 14 verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung über in der Wand 48 des Gehäuses 5 angeordnete Kanäle oder Hohlräume 49. Dazu ist am Gehäuse 5 wenigstens ein Eintritt 18 vorgesehen, welcher mit dem Spalt 46 gekoppelt ist.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, Betriebsmittel aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 mit hohem Druck in den Spalt 46 und von diesem über den Eintritt 18 am Gehäuse 5 in einem geschlossenen Kreislauf 15 zu führen. Aufgrund des hohen Druckes kann das Betriebsmittel ohne zusätzliche Hilfsmittel, beispielsweise Pumpeinrichtungen, in einem zum Arbeitsraum 11 extern geführten Teiles 26 des vorzugsweise geschlossenen Kreislaufes 15 geführt werden. Der Kreislauf 15 ist in den Fig. 2a und 2b für eine Ausführung gemäß Fig. 1 dargestellt. Dieser ist dem hydrodynamischen Bauelement 2, insbesondere dem Arbeitsraum 11 zugeordnet. Der Kreislauf 15 kann dabei, wie in der Fig. 2a schematisch dargestellt vollständig im ruhenden Gehäuse 5 integriert sein. Dieser ist dabei mit 15.2a bezeichnet. Diese Lösung stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung dar, da hier bereits ein vollständiges System aus hydrodynamischer Baueinheit 1 mit integriertem externen Kreislaufteil 26.2a vormontiert angeboten werden kann. Dieser geschlossene Kreislauf 15.2a ist Bestandteil eines Betriebsmittelversorgungssystems 21, welches im einfachsten Fall bei Ankoppelung an eine Betriebsmittelquelle aus dieser und dem aus Arbeitskreislauf 24 und externen Teil 26.2a besteht. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, das gesamte Betriebsmittelversorgungssystem 21 im Gehäuse 5 der hydrodynamischen Baueinheit 1 zu integrieren. Eine weitere denkbare Möglichkeit besteht darin, daß Betriebsmittelversorgungssystem 21 aus Arbeitskreislauf 24, externem Teil 26.2a und weiteren Komponenten, die auch Bestandteil anderer Betriebsmittelversorgungssysteme oder eines zentralen Betriebsmittelversorgungssystems sein können, zu bilden. Der geschlossene Kreislauf 15.2a, welcher Bestandteil des Betriebsmittelversorgungssystems 21 ist, kann dabei zum einen als Kühlkreislauf verwendet werden, welcher bei Betrieb des hydrodynamischen Bauelementes 2 immer eine bestimmte Menge an. Betriebsmittel aus dem Arbeitskreislauf 24 im torusförmigen Arbeitsraum 11 abzweigt und extern über den Kreislaufteil 26.2a diesem wieder zuführt. Der externe Kreislaufteil 26.2a ist Bestandteil des geschlossenen Kreislaufes 15, der zusätzlich den sich im torusförmigen Arbeitsraum 11 einstellenden Arbeitskreislauf 24 umfaßt. Der externe Teil 26.2a ist dazu mit mindestens einem Austritt 12 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 und einem Eintritt 19 in den torusförmigen Arbeitsraum 11 gekoppelt. Im externen Kreislaufteil 26.2a können Kühleinrichtungen 22.2a, beispielsweise in Form von Wärmetauschern 23, vorgesehen werden. Diese bilden die Mittel zur Beeinflussung der Temperatur des Betriebsmittels 27.2a. Die Kühlung kann dabei allein durch den Umlauf oder, wie hier dargestellt, indirekt über einen Wärmetauscher 23 erfolgen. Ferner wird der externe Kreislaufteil 26.2a des geschlossenen Kreislaufes 15 dazu genutzt, um den Füllungsgrad des hydrodynamischen Bauelementes 2 und damit auch den Umlauf im externen Teil 26.2a im geschlossenen Kreislauf 15 zu steuern. Diesbezüglich wird im einzelnen auf die Fig. 7 verwiesen. Im torusförmigen Arbeitsraum 11 stellt sich dabei bei Betrieb des hydrodynamischen Elementes 2 ein sogenannter Arbeitskreislauf 24 ein, welcher auch als hydrodynamischer Kreislauf bezeichnet wird. Dieser ist im geschlossenen Kreislauf 15 integriert. Dem Arbeitskreislauf 24 ist dabei mindestens der Austritt 12 in Form eines Kanals 13 und ein Eintritt 19 zugeordnet. Der geschlossene Kreislauf 15 ist als geschlossenes Drucksystem ausgeführt, d. h. druckdicht. Zu diesem Zweck ist zwischen Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 zusätzlich im Bereich der Innenabmessungen des torusförmigen Arbeitsraumes 5 wenigstens eine Dichtung 50 vorgesehen. Diese ist als berührende Dichtung ausgeführt. Ferner sind beide Schaufelräder 3 und 4 druckdicht im Gehäuse 5 gelagert. Dazu sind zwischen den beiden Schaufelrädern 3 und 4 und dem Gehäuse 5 jeweils wenigstens eine berührende Dichtung 51 und 52 vorgesehen. Die druckdichte Ausführung bietet den Vorteil, durch Aufringen eines Überlagerungsdruckes den Füllungsgrad aktiv steuern und zusätzlich regeln zu können, was in Fig. 7 im einzelnen beschrieben wird.

Gegenüber der in der Fig. 2a dargestellten Ausführung der Führung des externen Kreislaufes 26.2a vollständig im Gehäuse 5, verdeutlicht die in der Fig. 2b dargestellte Ausführung die Führung des externen Teiles 26.2b schematisiert dargestellt nur teilweise im ruhenden Gehäuse 5. In diesem Fall weist das Gehäuse 6 Anschlüsse 16 und 17 auf, welche mindestens einen Austritt 53 aus dem Gehäuse 5 und einen Eintritt 54 in das Gehäuse 5 für einen Teil des externen Kreislaufes 26.2b verdeutlichen, hier der Anschluß 16 den Austritt 53 und der Anschluß 17 den Eintritt 54 in das Gehäuse 5. Im externen d. h. wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses 5 geführten Kreislaufteil 26.2b des geschlossenen Kreislaufes 15 sind dabei Mittel 27.2b zur Beeinflussung der Temperatur des im geschlossenen Kreislauf 15 geführten Betriebsmittels vorgesehen, beispielsweise in Form eines Kühlers 22.2b. Diese umfassen eine Kühleinrichtung zur direkten Kühlung des Betriebsmittels. Auch hier ist der geschlossene Kreislauf 15 Bestandteil des Betriebsmittelversorgungssystems 21.

Die Steuerung des Betriebsmittelvolumenstromes im geschlossenen Kreislauf 15, insbesondere im externen Teil 26.2a oder 26.2b, kann unterschiedlich erfolgen. Im einfachsten Fall erfolgt diese in Abhängigkeit der Drehzahl der rotierenden Kreislaufteile oder wird hinter dem Austritt 12 in einem Abströmraum oder einer, mit diesem gekoppelten Kammer zwischengespeichert. Um den gesamten Kreislauf 15 selbsttätig aufrechtzuerhalten ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit am Austritt 12 erforderlich. Diese wird durch die Meridianströmung im torusförmigen Arbeitsraum 11 und den Austritt in den Spalt 46 realisiert. Dieser hohe Druck ist dabei direkt proportional zum Druck im torusförmigen Arbeitsraum 11 und kann auf sehr einfache Art und Weise am Eintritt 18 ins Gehäuse 5 bzw. in einen mit diesem gekoppelten Kanal oder Hohlraum 49 im Gehäuse 5 abgegriffen werden. Die dazu erforderlichen Einrichtungen in Form von Drucksensoren, hier beispielhaft der Drucksensor 55 in den Fig. 2a und 2b, können somit an einem ruhenden Element gelagert werden.

Die Kanäle oder Hohlräume 49 sind derart gestaltet, daß dieser sich in Richtung vom Eintritt 18 weg spiralförmig vergrößert. Diese Lösung wird insbesondere für Ausführungen mit teilweise außerhalb des Gehäuses 5 geführten Kreislaufteilen, wie in Fig. 2b dargestellt, angewandt. Dabei ist der Eintritt 18 über den Kanal 49 mit dem Austritt 53 gekoppelt. Der zum Austritt 53 mündende Teil wird auch als Auslaßrinne bezeichnet. Diese vergrößert sich in Richtung des Austrittes 53 spiralförmig und mündet vorzugsweise in den tangential geführten Austritt 53. Der Kanal dient dabei dazu, die Strömung relativ verlustarm in Druck im Auslaß aus dem Gehäuse 5 umzuwandeln und damit den Volumenstrom zu erhöhen. Eine Schnittdarstellung für den Spiralkanal 49 im Gehäuse 5 ist in Fig. 8 wiedergegeben.

Bei allen Ausführungen der Fig. 1, 2a und 2b ist der Austritt 12 oder eine Mehrzahl von Austritten in besonders vorteilhafter Weise am Primärschaufelrad 3 angeordnet. Denkbar ist jedoch auch ein Austritt am Sekundärschaufelrad oder zwischen beiden Schaufelrädem im Bereich der Trennebene T. Der Austritt 12 bzw. der sich daran anschließende Kanal 13 ist dabei Bestandteil des externen Kreislaufteiles 26, welcher im geschlossenen Kreislauf 15 integriert ist und zwischen dem Austritt 12 und einem Eintritt 19 in den torusförmigen Arbeitsraum 11 geschaltet ist. Vom Spalt 46 zwischen Kanal 13, d. h. Gehäuseinnenraum 14, gelangt dann das Betriebsmittel über einen Eintritt 18 in das ruhende Gehäuse 5 bzw. einen in diesem geführten Kanal. Die Ausgestaltung der hydrodynamischen Baueinheit 1 mit einem ruhenden Gehäuse 5 und die Führung des Betriebsmittels in einem externen Kreislauf 15 zum Arbeitskreislauf, welcher sich im torusförmigen Arbeitsraum 11 einstellt, im Gehäuse 5 bzw. wenigstens teilweise über das Gehäuse 5, ermöglicht es bereits in einem Bereich, welcher sich unmittelbar an den Austritt vom Betriebsmedium aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 anschließt, auf einfache Art und Weise die Größe des dort im Betriebsmittel herrschenden Druckes zu ermitteln, da hier Sensoren in einem ruhenden Gehäuse angebracht werden können. Dies erlaubt es ferner, eine relativ zuverlässige Aussage über die Größe des aktuellen Füllungsgrades zu geben, da dieser proportional zum Druck im torusförmigen Arbeitsraum ist und aufgrund der unmittelbaren räumlichen Nähe zwischen dem Arbeitsraum und dem Gehäuse 5 bei geringem Zwischenraum zwischen den einzelnen Schaufelrädern - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - und dem Gehäuse 5 ist. Damit kann der Druck weitestgehend aufrechterhalten werden. Vorzugsweise ist der Kanal 13, d. h. die Öffnung am Primärschaufelrad 3, immer derart ausgeführt, daß diese tangential in Richtung der Kreislaufkontur, d. h. der sich im Arbeitsraum im Betriebszustand einstellenden Strömung und in Strömungsrichtung ausgerichtet ist, wie in Fig. 3a anhand eines Ausschnittes aus einer Schnittdarstellung durch das Primärschaufelrad 3 dargestellt. Dies ermöglicht es, eine Abfuhr von Betriebsmittel aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 mit geringst möglichem Widerstand und Strömungsgeschwindigkeitsverlusten zu erzeugen. Mit der zusätzlichen Möglichkeit der tangentialen Ausführung des Kanals 13 zum torusförmigen Arbeitsraum 11 wird in optimaler Weise der Durchfluß im externen Kreislaufteil 26, insbesondere des Kühlvolumenstromes, aufrechterhalten. Das Betriebsmittel tritt dabei entsprechend mit einem hohen Druck aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 über den Kanal 13 in den Innenraum 14 aus, wobei bei Ausführung mit geringem Spalt der Druck zwischen der Innenwand 6 am Gehäuse 5 und den Außenumfang im Bereich der radialen Erstreckung ebenfalls sehr hoch ist und somit eine erhebliche Druckdifferenz zwischen dem Austritt aus dem torusförmigen Arbeitsraum und dem Eintritt 19 besteht. Diese Druckdifferenz wird zur Aufrechterhaltung des Kühlvolumenstromes während des Betriebes des hydrodynamischen Bauelementes genutzt.

Vorzugsweise sind des weiteren eine Mehrzahl von Kanälen 13 am Primärschaufelrad 3 vorgesehen. Diese können dabei entweder auf einer gemeinsam gedachten theoretischen Umfangslinie oder aber auf mehreren verschiedenen Umfangslinien am Primärschaufelrad angeordnet sein. Unter Umfangslinien werden dabei theoretisch gedachte Linien im Außenumfang des Primärschaufelrades 3 verstanden, welche parallel zur gedachten Mittelebene E zwischen dem Primärschaufelrad 3 und dem Sekundärschaufelrad 4 im eingebauten Zustand des hydrodynamischen Bauelementes 2 verlaufen. Es besteht dabei die Möglichkeit, die Anordnung wechselweise auf unterschiedlichen Umfangslinien vorzunehmen. Eine Möglichkeit dieser Anordnung ist in schematisch vereinfachter Darstellung in der Fig. 3b in einer Ansicht von oben auf ein Primärschaufelrad 3 wiedergegeben. Das Primärschaufelrad ist mit 3 bezeichnet, die Kanäle mit 13.13b bis 13.n3b. Eine Anordnung einer Vielzahl von Kanälen 13.13c bis 13.n3c auf einer Umfangslinie ist in einer Ansicht von oben auf ein Primärschaufelrad 3 in Fig. 3c wiedergegeben. Die einzelnen Kanäle 13.13c bis 13.n3c zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum 11 und dem Gehäuseinnenraum 14 sind dabei auf einer Umfangslinie in konstanten Abständen a oder gemäß Fig. 3d mit unterschiedlichen Abständen zwischen zwei in Umfangsrichtung einander benachbarten Kanälen 13.13d bis 13.n3d ausgeführt. Diese Abstände sind dabei mit a1 und a2 bezeichnet.

Die Fig. 3a bis 3d verdeutlichten Ausführungen mit konstantem Querschnitt des Kanals 13 bzw. der Kanäle 13.13b bis 13.n3b, 13.13c bis 13.n3c und 13.13d bis 13.n3d, in Strömungsrichtung vom torusförmigen Arbeitsraum 5 zum Spaltes 46 betrachtet. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit besteht zusätzlich auch die Möglichkeit gemäß einer Ausführung in Fig. 4 diese Kanäle 13 mit Querschnittsveränderung zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum 11 und dem Außenumfang 9 am Primärschaufelrad 3 vorzunehmen. Eine Möglichkeit mit konstanter allmählicher Querschnittsverringerung vom Innenumfang zum Außenumfang 9 des Primärschaufelrades 3 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Kanal 13 verengt sich dabei stetig zum Außenumfang 9 hin.

Bezüglich der konkreten Ausgestaltung des Kanals 13 hinsichtlich seiner Querschnittsform bestehen ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese sind in den Fig. 5a und 5b beispielhaft wiedergegeben. Dabei verdeutlicht die Fig. 5a die Ausgestaltung des Kanals 13 mit kreisrundem Querschnitt und die Fig. 5b mit einem ovalen Querschnitt.

Die Fig. 6b verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ausführung und Anwendung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baueinheit 1, bei welcher das hydrodynamische Bauelement 2 neben seiner bevorzugten Funktion als hydrodynamische Kupplung auch als auch hydrodynamische Bremse fungieren kann. Die hydrodynamische Baueinheit ist daher mit 1.6a bezeichnet. Bezüglich des Grundaufbaus kann auf die vorangegangenen Figuren verwiesen werden. Vorzugsweise ist dazu die hydrodynamische Baueinheit 1.6 als kombinierte Anfahr- und Bremseinheit 28 ausgeführt, wie in Fig. 6b dargestellt. Die Fig. 6a zeigt demgegenüber nur eine Ausführung der Baueinheit 1.6a als Anfahreinheit 35 mit zusätzlicher Möglichkeit der lastfreien Schaltung und damit der Möglichkeit des Einsatzes in automatisierten Schaltgetrieben. Das hydrodynamische Bauelement 2 bildet dabei bei beiden das Anfahrelement 36. Zusätzlich kann eine Überbrückungskupplung 37 mit in der kombinierten Anfahr- und Bremseinheit 28 gemäß Fig. 6b oder der Anfahreinheit 35 gemäß Fig. 6a integriert sein, vorzugsweise wird diese jedoch separat ausgeführt. Der Eingang E der hydrodynamischen Baueinheit 1.6, welcher entweder direkt den Eingang E der kombinierten Anfahr- und Bremseinheit 28 oder der Anfahreinheit 35 bildet oder mit diesem gekoppelt ist, beispielsweise über die zu dieser gehörenden Überbrückungskupplung 37, ist mit einer, hier nicht dargestellten, Antriebsmaschine wenigstens mittelbar verbunden. Der Ausgang A der hydrodynamischen Baueinheit 1.6a bzw. 1.6b bildet in der Regel auch den Ausgang der kombinierten Anfahr- und/oder Bremseinheit 28 bzw. der Anfahreinheit 35. Die Bezeichnungen Eingang E und Ausgang A beziehen sich dabei immer auf die Kraftflußrichtung im Traktionsbetrieb von der Antriebsmaschine zum Abtrieb betrachtet. Die Eingänge E und Ausgänge A können dabei in Form von Voll- oder Hohlwellen oder flanschartiger Elemente oder Flexplates ausgeführt sein, die jeweils mit den entsprechenden Anschlußelementen - Antriebsmaschine oder Schaltstufe - in bekannter Weise koppelbar sind. In dieser Kraftflußrichtung betrachtet umfaßt das hydrodynamische Bauelement 2 bei Funktion als hydrodynamische Kupplung 43 ebenfalls einen Antrieb 38 und einen Abtrieb 39. Der Antrieb 38 wird dabei vom Primärschaufelrad 3 und der Abtrieb 39 vom Sekundärschaufelrad 4 gebildet. Zur Realisierung positiver Effekte sind jedoch zwischen dem Sekundärschaufelrad 4 bzw. dem Abtrieb 39 der hydrodynamischen Kupplung und dem Ausgang A ein Freilauf F vorgesehen. Durch den Freilauf F ist es möglich, während des Gangstufenwechsels einen übermäßigen Verschleiß in den Synchronisiereinrichtungen zu verhindern und somit den Komfort zu erhöhen. Derartige Anfahreinheiten sind in der Regel in einem Antriebsstrang mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler, d. h. Getriebe, gekoppelt bzw. bilden mit entsprechenden Schaltstufen eine Getriebebaueinheit. Das Gesamtgetriebe besteht dann aus der Anfahreinheit und den nachgeordneten Drehzahl- /Drehmomentumformungseinheiten. Dieses weist dabei als Eingang den Eingang E der Anfahreinheit 35 auf. Um einen Gangstufenwechsel in einer Schaltgetriebebaueinheit vornehmen zu können, muß die Getriebeeingangswelle, welche von dem Eingang E der Anfahreinheit gebildet wird, momentenfrei sein und von zusätzlichen Maßen entkoppelt werden. Andernfalls bestünde die Gefahr, daß die Synchronelemente und/oder Klauen der Schaltelemente, insbesondere der der Anfahreinheit 35 nachgeordneten Übersetzungsstufen, den Gangstufenwechsel nicht bewältigen können oder erheblich belastet werden und verschleißen. Dabei wird zur Vornahme eines Gangstufenwechsels sowohl die Antriebsmaschine als auch das Sekundärschaufelrad 4.6a bzw. 4.6b von der Eingangswelle E abgekoppelt. Der Freilauf F kann zusätzlich unter Ausnutzung einer zusätzlichen Bremseinrichtung 40 gemäß Fig. 6b zur Feststellung des Sekundärschaufelrades 4 und damit Nutzung des hydrodynamischen Bauelementes 2 als hydrodynamischer Retarder 44 genutzt werden. Diese zusätzliche Bremseinrichtung 40 ist vorzugsweise als Scheibenbremseinrichtung in Lamellenbauart ausgeführt und mit dem Abtrieb 39 des hydrodynamischen Bauelementes 2 vor dem Freilauf F gekoppelt. Die Bremseinrichtung 40 umfaßt dazu mindestens eine erste ortsfeste Scheibe 41, welche vorzugsweise am Gehäuse 5 angeordnet ist, und ein zweites Scheibenelement 42, welches wenigstens mittelbar, d. h. direkt oder über weitere zwischengeschaltete Scheibenelemente mit der ortsfesten Scheibe 41 in Wirkverbindung bringbar ist. Das zweite Scheibenelement 42 ist dabei drehfest mit dem Abtrieb 39, insbesondere dem Sekundärschaufelrad 4.6b, gekoppelt. Mit dem hydrodynamischen Bauelement 2 können somit wenigstens zwei Betriebszustände - ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung, welcher insbesondere während des Anfahrvorganges beim Einsatz in Getrieben von Fahrzeugen in Frage kommt und die Funktion einer hydrodynamischen Kupplung beschreibt und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung, d. h. die Funktion als Retarder - realisiert werden. Zur Realisierung der Funktion des hydrodynamischen Bauelementes 2 als hydrodynamischer Retarder 44 erfolgt die Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber den ruhenden Getriebeteilen, insbesondere dem Gehäuse 5 zum Sekundärschaufelrad 4, d. h. zu dem bei Funktion als hydrodynamische Kupplung fungierenden Turbinenrad. Die Funktion des Rotorschaufelrades wird dabei vom Primärschaufelrad 3, welches bei Funktionsweise als hydrodynamische Kupplung auch als Pumpenrad fungiert, übernommen.

Die Fig. 7 verdeutlicht anhand einer Ausgestaltung gemäß Fig. 2b ein System zur Steuerung des Füllungsgrades. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Betriebsmittel tritt dabei mit entsprechend hohem Druck aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 über den Kanal 13 in den Gehäuseinnenraum 14, insbesondere den Spalt 13, aus. Aufgrund der sehr hohen Druckdifferenz zwischen dem Austritt 12 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 11 und dem Eintritt 19 können diese zur Aufrechterhaltung eines Kühlvolumenstromes während des Betriebes des hydrodynamischen Bauelementes genutzt werden. Zur Beeinflussung der Funktionen Verlust-Betriebsmittelnachführung und der Beeinflussung des Füllungsgrades im torusförmigen Arbeitsraum 11 des hydrodynamischen Bauelementes 2 sind Mittel 29 zur Befüllung und Mittel 30 zur Druckbeaufschlagung dem externen Kreislaufteil 26.2b zugeordnet. Diese Mittel 29 und 30 sind über eine Knotenstelle 31 an den geschlossenen Kreislauf 15 anbindbar. Die Knotenstelle 31 wird dabei im einfachsten Fall von einem Ventilsystem 32 gebildet, welches eine vollständige Entkopplung der Mittel zur Befüllung 29 und der Mittel 30 zur Druckbeaufschlagung ermöglicht und in einer anderen Schaltstellung eine Ankopplung erlaubt. Die Ausgestaltung der Mittel zur Befüllung 29 und der Mittel zur Druckvorgabe 30 kann vielgestaltig erfolgen, vorzugsweise werden diese Mittel zur Befüllung 29 und die Mittel zur Druckvorgabe 30 von einem gemeinsamen Element oder System gebildet bzw. unter Ausnutzung gleicher Elemente. Dabei kann es sich beispielsweise um einen Betriebsmittelversorgungstank 33 handeln, welcher indirekt über eine zusätzliche Energiequelle, beispielsweise eine hydrostatische Pumpe oder eine andere Einrichtung mit dem geschlossenen Kreislauf 15 über die Knotenstelle 31 in Verbindung steht. Dabei erfolgt aus dem externen Betriebsmittelversorgungstank 33 eine Verlust-Betriebsmittelnachfüllung. Des weiteren kann bei vollständig druckdichter Ausführung bzw. Anbindung des Betriebsmittelversorgungstankes 33 an die Knotenstelle 31 ein statischer Überlagerungsdruck im geschlossenen Kreislauf 15 erzeugt werden, wobei dieser Druck entweder durch eine entsprechende Pumpeinrichtung oder beispielsweise Luft auf den Betriebsmittelspiegel im externen Betriebsmittelversorgungstank 33 erzeugt wird. Der Betriebsmittelspiegel ist dabei mit 34 bezeichnet.

Bezugszeichenliste

1

hydrodynamische Baueinheit

2

hydrodynamisches Bauelement

3

Primärschaufelrad

4

Sekundärschaufelrad

5

Gehäuse

6

Innenwand

7

Schaufelrad-Nebenraum

8

Schaufelrad-Nebenraum

9

Außenumfang des Primärschaufelrades

10

Außenumfang des Sekundärschaufelrades

11

torusförmiger Arbeitsraum

12

Austritt

13

Kanal

14

Gehäuseinnenraum

15

externer Kreislauf

16

Anschlüsse

17

Anschlüsse

18

Eintritt

19

Eintritt

20

Innenumfang des Primärschaufelrades

21

Betriebsmittelversorgungssystem

22

Kühleinrichtung

23

Wärmetauscher

24

Arbeitskreislauf

25

Zulauf

26

außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes geführter Teil des externen Kreislaufes

27

Mittel zur Beeinflußung der Temperatur

28

kombinierte Anfahr- und Bremseinheit

29

Mittel zur Befüllung

30

Mittel zur Druckbeaufschlagung

31

Knotenstelle

32

Ventilsystem

33

Betriebsmittelversorgungstank

34

Betriebsmittelspiegel

35

Anfahreinheit

36

Anfahrelement

37

Überbrückungskupplung

38

Antrieb

39

Abtrieb

40

Bremseinrichtung

41

ortsfeste Scheibe

42

Scheibenelement

43

hydrodynamische Kupplung

44

hydrodynamischer Retarder

45

Wand des Primärschaufelrades

46

Spalt

47

zu den Schaufelrädern gerichtete Fläche an der Gehäuseinnenwand

48

Wand des Gehäuses

49

Kanäle, Hohlräume

50

Dichtung

51

Dichtung

52

Dichtung

53

Austritt am Gehäuse

54

Eintritt ins Gehäuse

55

Drucksensor

Claims (29)

1. Hydrodynamische Baueinheit (1)

• 1. 1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A) und einem dazwischen angeordneten hydrodynamischen Bauelement (2), umfassend ein Primärschaufelrad (3) und ein Sekundärschaufelrad (4) die einen Arbeitsraum (11) bilden;
• 2. 1.2 das hydrodynamische Bauelement (2) ist frei von einem Leitrad;
• 3. 1.3 mit einem, das Primärschaufelrad (3) und das Sekundärschaufelrad (4) umschließenden ruhenden Gehäuse (5);
• 4. 1.4 mit mindestens einem Eintritt (19) in den Arbeitsraum (11) und einem Austritt (12);
• 5. 1.5 das hydrodynamische Bauelement (2) ist frei von einer mit dem Primärschaufelrad (3) drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad (4) in axialer und in Umfangsrichtung umschließenden Primärschaufelradschale;
• 6. 1.6 die Innenwand (6) des ruhenden Gehäuses (5) und die Außenumfänge (9, 10) von Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) begrenzen in axialer Richtung jeweils einen Schaufelradnebenraum (7, 8);
• 7. 1.7 zwischen den beiden Schaufelrädern (3, 4) und der Gehäuseinnenwand (6) ist ein radialer Spalt (46) vorgesehen;
• 8. 1.8 der Querschnitt des Spaltes (46) in radialer Richtung beträgt maximal 25% der aufsummierten Querschnitte des Eintrittes (19) in den Arbeitsraum (11) und des Austrittes (12) aus dem Arbeitsraum (11).

2. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaufelradnebenraum (7, 8) frei von in axialer Richtung angeordneten und in radialer Richtung ausgerichteten Trennwänden ist.

3. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (12) aus dem Arbeitsraum (11) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) im Bereich der Trennebene (T) angeordnet ist.

4. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austritt (12) aus dem Arbeitsraum (11) am Primärschaufelrad (3) oder am Sekundärschaufelrad (4) angeordnet ist.

5. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

• 1. 5.1 mit wenigstens einem im Primärschaufelrad (3) oder Sekundärschaufelrad (4) vorgesehenen Kanal (13) zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum (11) und dem Gehäuseinnenraum (14);
• 2. 5.2 der Kanal (13) ist derart gestaltet und ausgerichtet, daß wenigstens eine Richtungskomponente im Betriebszustand des hydrodynamischen Bauelementes (2) in Strömungsrichtung des zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) sich einstellenden Arbeitskreislauf (24) sowie im wesentlichen tangential zu der sich im Betriebszustand einstellenden Kreislaufkontur des Arbeitskreislaufes zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) ausgerichtet ist.

6. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13) zwischen torusförmigem Arbeitsraum (11) und Innenraum (14) tangential in Richtung zur Kreislaufkontur des sich zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) im Betriebszustand einstellenden Arbeitskreislaufs (24) ausgerichtet ist.

7. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13) einen geradlinigen Verlauf frei von Richtungsänderungen aufweist.

8. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Kanälen (13, 13.n) vorgesehen ist.

9. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (13) auf einer theoretisch gedachten Umfangslinie des Primärschaufelrades (3), welche parallel zu einer Mittelebene (T), welche zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) im Einbauzustand gebildet wird, angeordnet sind.

10. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (13) auf mehreren theoretisch gedachten Umfangslinien im Außenumfang des Primärschaufelrades, welche parallel zur Mittelebene (T) zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) im Einbauzustand verlaufen, angeordnet sind.

11. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen zueinander in Umfangsrichtung benachbart angeordneten Kanälen (13) konstant ist.

12. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (13) über seine Erstreckung vom Innenumfang (20) des Primärschaufelrades (3) bis zum Außenumfang (9) konstant ausgeführt ist.

13. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13) wenigstens eine Querschnittsänderung über seine Erstreckung vom Innenumfang (20) des Primärschaufelrades bis zum Außenumfang (9) aufweist.

14. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (13) in Richtung des Außenumfanges (9) des Primärschaufelrades (3) verengend ausgeführt ist.

15. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (13) kreisförmig ausgeführt ist.

16. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (13) oval ausgeführt ist.

17. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (46) mit wenigstens einem Hohlraum oder Kanal (18) über wenigstens einen Eintritt in das Gehäuse (5) gekoppelt ist.

18. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskreislauf (23) Bestandteil eines geschlossenen Kreislaufes (15) ist, umfassend einen externen Kreislaufteil (26), welcher außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes (11) geführt wird, welcher mit wenigstens einem Austritt (12) aus dem Arbeitsraum (11) und einem Eintritt (19) in den Arbeitsraum (11) gekoppelt ist.

19. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (26) vollständig im ruhenden Gehäuse (5) geführt ist.

20. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (26) nur teilweise im ruhenden Gehäuse (5) geführt ist und das Gehäuse (5) Anschlüsse (16, 17) zur Kopplung mit dem außerhalb des Gehäuses (5) geführten externen Teiles (26) des Kreislaufes (15) aufweist.

21. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht im Gehäuse (5) geführte Teil des externen Teiles (26) an einen Austritt aus dem Gehäuse (5) gekoppelt ist.

22. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (26) oder der im Gehäuse (5) geführte Teil des externen Teiles (26) in einem spiralförmigen Kanal im Gehäuse (5) geführt wird.

23. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Kanal sich in Richtung des Ausganges am Gehäuse (5) hin vergrößert.

24. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Kreislauf (15) Mittel (27) zur Beeinflussung der Temperatur des Betriebsmittels vorgesehen sind.

25. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf (15) Mittel zur Beeinflussung der Durchflußmenge angeordnet sind.

26. . Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß im ruhenden Gehäuse (6) unmittelbar hinter dem Spalt (13) Mittel (55) zur Erfassung des Druckes angeordnet sind.

27. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrodynamische Bauelement (2) als hydrodynamische Kupplung (43) ausgebildet ist und Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) auf rotierbaren Wellen gelagert sind.

28. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sekundärschaufelrad (4) und Ausgang (A) ein Freilauf (F) zwischengeschaltet ist.

29. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß am Sekundärschaufelrad (4) oder zwischen Sekundärschaufelrad (4) und Freilauf (F) eine Bremseinrichtung (40) vorgesehen ist.