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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere einen hydrodynamischen Retarder, im Einzelnen gemäß Anspruch 1.
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Hydrodynamische Maschinen, welche beispielsweise als hydrodynamische Retarder, hydrodynamische Kupplungen oder hydrodynamische Wandler ausgeführt sind, sind seit langem bekannt. Derartige hydrodynamische Maschinen können dabei in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet sein, um Antriebsleistung hydrodynamisch von einer Antriebsmaschine des Fahrzeugs auf die Antriebsräder zu übertragen. Derartige hydrodynamische Maschinen können aber auch in stationären Anlagen eingesetzt werden.
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Im Betrieb der hydrodynamischen Maschine strömt ständig Arbeitsmedium zwischen einem drehangetriebenen ersten und einem stationären oder ebenfalls umlaufenden zweiten Schaufelrad, welche zusammen einen Arbeitsraum begrenzen, um Drehmoment vom ersten auf das zweite Schaufelrad zu übertragen. Zum Antrieb des ersten beziehungsweise des zweiten Schaufelrads ist eine Antriebswelle vorgesehen, die gegenüber einem stationären Bauteil der hydrodynamischen Maschine, beispielsweise dem Gehäuse der hydrodynamischen Maschine oder einem mit einer abweichenden Drehzahl umlaufenden Bauteil wie beispielsweise einer Abtriebswelle, welche mit dem zweiten Schaufelrad verbunden ist, gelagert ist.
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Aus der
DE 195 22 753 A1 ist eine solche Anordnung für eine hydrodynamische Kupplung gezeigt. Dort ist die das erste Schaufelrad antreibende Antriebswelle auf einer Abtriebswelle, welche mit dem zweiten Schaufelrad drehfest verbunden ist, relativ gelagert. Sowohl zum Zuführen von Arbeitsmedium zum Arbeitsraum als auch zur Kühlung und/oder Schmierung der eingesetzten Lager ist ein Betriebsmittelzufuhrsystem vorgesehen, umfassend einen zentralen Betriebsmittelzufuhrkanal. Dabei wird ein Teilstrom des der hydrodynamischen Kupplung zugeführten Arbeitsmediums aus dem Betriebsmittelzufuhrkanal abgezweigt und zur Kühlung und/oder Schmierung der Lager herangezogen.
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Um die Antriebs- oder Abtriebswelle einer solchen hydrodynamischen Maschine gegen das stationäre Bauteil wie das Gehäuse der hydrodynamischen Maschine abzudichten, sind Dichtungen vorgesehen. Dabei ist es bekannt, diese Dichtungen mit Arbeitsmedium zu kühlen und/oder zu schmieren. Um die Lebensdauer derartiger Dichtungen zu erhöhen, schlägt die
DE 10 2008 060 377 A1 vor, die Dichtungen auch im Nicht-Betrieb der als hydrodynamischer Retarder ausgeführten hydrodynamischen Maschine von Zeit zu Zeit mit einer geringen Menge an Arbeitsmedium zu versorgen.
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Beim Einsatz derartiger hydrodynamischer Maschinen hat man nun festgestellt, dass die Lebensdauer insbesondere der Dichtungen unerwünscht abnimmt, obwohl Vorkehrungen getroffen sind, diese auch im Nicht-Betrieb der hydrodynamischen Maschine mit Arbeitsmedium zu versorgen. Auch Lager waren davon betroffen. Die relativ kurze Lebensdauer insbesondere der Dichtungen führt zu Leckagen, was ein Auswechseln der schadhaften Dichtungen zur Folge hat.
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Dies wiederum zieht erhöhte Wartungs- und Instandhaltungskosten nach sich. Die Ursachen für den Abfall der Lebensdauer der Lager und Dichtungen waren zunächst unklar.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Erhöhung der Lebensdauer derartiger Lager und Dichtungen einer hydrodynamischen Maschine, insbesondere eines hydrodynamischen Retarders, zu schaffen. Insbesondere sollen durch die erhöhte Lebensdauer der Dichtungen und Lager die Wartungs- und Instandhaltungskosten reduziert werden. Gleichzeitig sollen konstruktive Maßnahmen, die in den Aufbau einer solchen hydrodynamischen Maschine eingreifen, vermieden werden.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich dabei aus den abhängigen Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, insbesondere hydrodynamischer Retarder, umfasst ein erstes umlaufendes Schaufelrad sowie ein zweites, ebenfalls umlaufendes oder stationäres Schaufelrad, wobei beide Schaufelräder einen mit Arbeitsmedium befüllbaren oder befüllten Arbeitsraum bilden, um Drehmoment hydrodynamisch vom ersten Schaufelrad auf das zweite Schaufelrad zu übertragen. Weiterhin ist ein Gehäuse vorgesehen, das zusammen mit einem der beiden Schaufelräder das andere Schaufelrad umschließt oder das beide Schaufelräder umschließt. Eine Antriebswelle dient dazu, das erste oder das zweite Schaufelrad mechanisch anzutreiben, wobei die Antriebswelle mittels einer ersten und zweiten Dichtung gegen das Gehäuse abgedichtet ist, um einen Austritt von Arbeitsmedium zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse zu verhindern. Ferner umfasst die hydrodynamische Maschine ein Lager zur Abstützung der Antriebswelle gegenüber dem Gehäuse, wobei das Lager und die beiden Dichtungen zur Kühlung und/oder Schmierung mit Arbeitsmedium aus einem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal versorgt werden. Dabei ist der gemeinsame Arbeitsmediumzufuhrkanal in eine erste und eine zweite Zweigleitung verzweigt. Beide Zweigleitungen sind parallel zueinander angeordnet, wobei das Lager und die erste Dichtung an die erste Zweigleitung angeschlossen sind und in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums gesehen die erste Dichtung dem Lager nachgeschaltet ist, und die zweite Dichtung an die zweite Zweigleitung angeschlossen ist.
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Erfindungsgemäß ist zur Einstellung der Arbeitsmediummenge durch die erste und/oder zweite Zweigleitung eine Blende oder verformbare Membran in die erste und/oder zweite Zweigleitung oder im Bereich der (gemeinsamen) Verzweigung der entsprechenden Zweigleitung aus dem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal eingebracht.
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Erfindungsgemäß lässt sich die Arbeitsmediumversorgung beider Dichtungen lediglich durch das Einbringen der erfindungsgemäßen Blende oder Membran hinsichtlich der Aufteilung auf die beiden Zweigleitungen einstellen, ohne dabei die insgesamt benötigte Arbeitsmediummenge zu den Dichtungen zu erhöhen. Vielmehr wird sichergestellt, dass nicht zuwenig Arbeitsmedium in eine Zweigleitung bis zu der Dichtung strömt, weil „zuviel” Arbeitsmedium in die andere Zweigleitung eintritt. Eine erhöhte Gesamtarbeitsmediummenge ist nämlich nicht zielführend, da diese insbesondere im Nicht-Betrieb der hydrodynamischen Maschine infolge der Befüllung des Arbeitsraums mit der Arbeitsmediummenge eine Leistungsübertragung vom ersten Schaufelrad auf das zweite Schaufelrad zur Folge hätte. Die Erfinder haben somit eine kostengünstige Lösung gefunden, mittels der die Lebensdauer derartiger Dichtungen sowie Lager deutlich erhöht werden kann. Hierdurch werden Wartungs- und Instandhaltungskosten derartiger hydrodynamischer Maschinen erheblich reduziert. Gleichzeitig kann auf aufwändige konstruktive Maßnahmen im Hinblick auf den Aufbau der hydrodynamischen Maschine verzichtet werden.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Lager im Bereich des zweiten Schaufelrads, insbesondere axial benachbart zu diesem angeordnet und wird von dem zweiten Schaufelrad in Umfangsrichtung umschlossen, wobei das Lager in Axialrichtung der Antriebswelle zwischen dem zweiten Schaufelrad und der ersten Dichtung angeordnet ist. In anderen Worten ist das Lager im Hinblick auf die Leistungsübertragung vom ersten auf das zweite Schaufelrad abtriebsseitig angeordnet.
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Weiterhin kann die zweite Dichtung im Bereich des ersten Schaufelrads und insbesondere in Axialrichtung gesehen, auf einer dem zweiten Schaufelrad abgewandten Seite des ersten Schaufelrads angeordnet sein. Die zweite Dichtung ist somit in Leistungsübertragungsrichtung gesehen antriebsseitig angeordnet. Bevorzugt können die erste und zweite Dichtung Radialwellendichtungen wie Gleitringdichtungen sein. Zur Kühlung und/oder Schmierung der Dichtung kann Arbeitsmedium in diese eingeleitet beziehungsweise in einen wärmeübertragenden Kontakt an der Dichtung vorbeigeleitet werden. Hierdurch wird Wärme aus der Dichtung optimal vom Arbeitsmedium aufgenommen und abgeführt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Blende von wenigstens einem ersten Radialvorsprung des Gehäuses, des zweiten Schaufelrades und/oder der Antriebswelle gebildet, wobei der wenigstens eine Radialvorsprung derart ausgeführt ist, dass er mit der Antriebswelle einen umlaufenden Ringspalt und damit einen im Wesentlichen kreisringförmigen Strömungsquerschnitt begrenzt.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann das Lager eine innere Lagerschale sowie eine diese umschließende äußere Lagerschale aufweisen, zwischen welche eine Vielzahl von Wälzkörpern, insbesondere mit Zylinder-, Kegel- oder Nadelform, eingebracht sind. Dabei kann die Blende alternativ zu der zuvor dargestellten Ausführungsform einteilig mit der inneren und/oder äußeren Lagerschale ausgebildet sein oder an einer von diesen insbesondere form-, kraft- oder stoffschlüssig montiert sein. Damit wird die Blende von dem Lager selbst ausgebildet, wodurch insbesondere die Montage der Blende vereinfacht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der erste Radialvorsprung, welcher als Axialbegrenzung dient und in Radialrichtung gesehen zwischen die innere und äußere Lagerschale hineinreicht, von dem zweiten Schaufelrad gebildet, wobei die Antriebswelle einen zweiten Radialvorsprung aufweist, welcher als Axialbegrenzung der inneren Lagerschale des Lagers dient, und der zweite Radialvorsprung in Radialrichtung gesehen bis zur inneren Lagerschale oder darüber hinaus reicht und beide Radialvorsprünge derart ausgeführt sind, dass sie zusammen einen im Wesentlichen kreisringförmigen Drosselquerschnitt der Blende begrenzen.
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Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren exemplarisch erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine bevorzugte Ausführungsform einer hydrodynamischen Maschine in einem Halbschnitt durch deren Drehachse;
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2 eine alternative Ausführungsform des Gegenstands von 1.
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In 1 ist eine hydrodynamische Maschine in einem Axialschnitt durch deren Drehachse 16 gezeigt, wobei vorliegend nur die sich oberhalb der Drehachse 16 befindlichen Komponenten dargestellt sind. Die hydrodynamische Maschine ist vorliegend als hydrodynamischer Retarder ausgebildet, umfassend ein erstes umlaufendes Schaufelrad 1 (Rotor) sowie ein zweites Schaufelrad 2, hier stationär ausgeführt und deshalb Stator genannt, welche gemeinsam einen torusförmigen Arbeitsraum 3 bilden. Der Arbeitsraum 3 ist über eine nicht gezeigte Zulaufleitung mit Arbeitsmedium befüllbar und über eine entsprechende Ablaufleitung (ebenfalls nicht gezeigt) von diesem entleerbar.
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Im vorliegenden Fall umschließt das zweite, stationäre Schaufelrad 2 das erste Schaufelrad 1 zusammen mit einem Gehäuse 4. Das erste Schaufelrad 1 ist drehstarr mit einer Antriebswelle 5 ausgeführt und läuft mit dieser um, um bei mit einer Arbeitsmediummenge befülltem Arbeitsraum 3 Leistung (Drehmoment) von der Antriebswelle 5 hydrodynamisch über das erste Schaufelrad 1 auf das zweite Schaufelrad 2 zu übertragen. Da hier die hydrodynamische Maschine als hydrodynamischer Retarder ausgeführt ist, wird Drehmoment – hier als Bremsmoment des Retarders bezeichnet – übertragen, wobei das erste Schaufelrad 1 verzögert und insbesondere die mit dem ersten Schaufelrad 1 drehfest ausgeführte Antriebswelle 5 abgebremst wird. Letztere ist hier mittels eines Lagers 7 an dem Gehäuse 4 abgestützt. Alternativ könnte die Antriebswelle 5 an einem anderen stationären Teil des hydrodynamischen Retarders abgestützt sein.
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Das Lager 7 ist in Axialrichtung gesehen zwischen einer ersten Dichtung 6 und dem zweiten Schaufelrad 2 angeordnet. Die erste Dichtung 6 dichtet somit einen Dichtspalt zwischen der Antriebswelle 5 und dem Gehäuse 4 ab, um einen abtriebsseitigen Übertritt von Arbeitsmedium aus dem Gehäuse 4 zu verhindern.
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Weiterhin ist eine zweite Dichtung 9 vorgesehen, welche auf einer dem zweiten Schaufelrad 2 abgewandten Seite des ersten Schaufelrads 1 angeordnet ist. Beide Dichtungen 6, 9 verlaufen somit auf entgegengesetzten Seiten eines Trennspalts, welcher zwischen den beiden Schaufelrädern 1, 2 gebildet wird. Auch die zweite Dichtung 9 dient dazu, einen Übertritt an Arbeitsmedium aus einem Dichtspalt zwischen Gehäuse 4 und Antriebswelle 5 zu verhindern.
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Beide Dichtungen 6, 9 können identisch und bevorzugt als Radialwellendichtungen ausgeführt sein.
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Zur Schmierung und/oder Kühlung der beiden Dichtungen 6, 9 sowie des Lagers 7 ist ein gemeinsamer Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 vorgesehen. Letzterer verläuft im Wesentlichen in Radialrichtung des hydrodynamischen Retarders und wie in 2 dargestellt nahezu senkrecht zu der Drehachse 16 (parallel zum Trennspalt). Der gemeinsame Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 ist dabei als Radialbohrung im Gehäuse 4 eingebracht und zweigt von einem Nebenraum 17, der als Ringraum ausgeführt ist und über welchen das Arbeitsmedium in den Arbeitsraum 3 eingebracht wird, ab. Er könnte aber auch von einem Raum, der von dem zweiten Schaufelrad 2 und dem Gehäuse 4 begrenzt wird, ausgebildet werden. Im vorliegenden Fall verläuft der gemeinsame Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 radial unterhalb des torusförmigen Arbeitsraums 3.
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Der Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 könnte auch mit einem Nebenraum strömungsleitend verbunden sein, der zur Sammlung von aus dem Arbeitsraum über die nicht gezeigte Ablaufleitung austretendem Arbeitsmedium dient. Dem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 würde somit Arbeitsmedium zugeführt, welches bereits durch den Arbeitsraum 3 hindurchgeströmt ist.
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Aus dem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 verzweigt eine erste Zweigleitung 10 zur Versorgung des Lagers 7 sowie der ersten Dichtung 6 mit Arbeitsmedium. Weiterhin verzweigt aus dem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 eine zweite Zweigleitung 11 zur Versorgung der dem ersten Schaufelrad 1 zugeordneten zweiten Dichtung 9 mit Arbeitsmedium. Beide Zweigleitungen 10, 11 sind im Hinblick auf deren Durchströmung mit Arbeitsmedium parallel geschaltet.
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Dabei wird vorliegend die erste Zweigleitung 10 von dem Raum zwischen der Antriebswelle 5 und dem Gehäuse 4, auch als Dichtspalt bezeichnet, gebildet. Das an die Zweigleitung 10 angeschlossene Lager 7 wird vorliegend zuerst von Arbeitsmedium aus der ersten Zweigleitung 10 durchströmt. Das das Lager 7 passierende Arbeitsmedium strömt weiter zur ersten Dichtung 6.
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Die zweite Zweigleitung 11 ist hier in Form einer Axialbohrung, welche im Wesentlichen parallel zur Drehachse 16 verläuft, ausgeführt. Alternativ wäre es denkbar, die zweite Zweigleitung 11 beispielsweise als Ringkanal auszuführen. Wie gestrichelt angedeutet, könnte auch eine Bypassleitung 15 vorgesehen sein, welche hinsichtlich einer Durchströmung mit Arbeitsmedium parallel zur zweiten Zweigleitung 11 geschaltet ist. Die Bypassleitung 15 mündet hier mit ihrem einen Ende in dem gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 und mit dem anderen Ende im Bereich der zweiten Dichtung 9, um diese zusätzlich zu der Zweigleitung 11 mit Arbeitsmedium zu versorgen.
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Im vorliegenden Fall ist im Bereich der Verzweigung des Arbeitsmediumzufuhrkanals 8 zur ersten Zweigleitung 10 eine Blende 12 eingebracht. Die Blende 12 ist hier als kreisringförmige Scheibe ausgebildet und liegt an der dem zweiten Schaufelrad 2 zugewandten Stirnseite des Lagers 7 an. Andere von dem dargestellten Viereck abweichende Querschnittsformen der Blende 12 sind denkbar.
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Die Blende 12 reicht von einer äußeren Lagerschale 7.2 des Lagers 7 radial nach innen in Richtung einer inneren Lagerschale 7.1. Die Blende 12 kann dabei gegen Verrutschen an dem Gehäuse 4 gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Blende 12 an die äußere Lagerschale 7.2 montiert sein, nämlich form-, kraft- oder stoffschlüssig. In diesem Fall dreht sie sich nicht mit der Antriebswelle 5. Die Blende 12 verringert hier den Strömungsquerschnitt, welcher sich sonst zwischen der inneren und äußeren Lagerschale 7.1, 7.2 ergeben würde. Dies geschieht dadurch, dass die Blende 12 mit ihrer radial inneren Fläche und der Antriebswelle 5 und bevorzugt mit einem Vorsprung der Antriebswelle 5, hier als zweiter Radialvorsprung 14 bezeichnet, einen Ringspalt mit im Wesentlichen kreisringförmigem Drosselquerschnitt begrenzt. Alternativ könnte die Blende 12 von der Antriebswelle 5 derart ausgebildet werden, dass deren zweiter Radialvorsprung 14 in Radialrichtung nahe an die äußere Lagerschalte 7.2 reicht, um zusammen mit dieser den Ringspalt zu begrenzen.
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Die Blende 12 kann dabei aus einem vergleichsweise steifen Material, wie Metall, hergestellt sein, wobei dann der Drosselquerschnitt der Blende 12 nach dem Einbau nicht mehr veränderlich ist. Alternativ kann die Blende 12 aber nach Art einer Membran ausgeführt sein, beispielsweise aus Gummi oder einem anderen elastischen Material. Durch Druckbeaufschlagung mit Arbeitsmedium durch den gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8 kann dann der radial innere Teil der Blende 12 (hier jener, der nicht an der äußeren Lagerschale 7.2 anliegt) in Abhängigkeit des Druckes mehr oder minder nachgeben und somit einen mehr oder weniger größeren Drosselquerschnitt zwischen der radial inneren Umfangsfläche der Blende 12 und dem zweiten Radialvorsprung 14 einstellen. Die Blende 12 kann alternativ auch in Form eines herkömmlichen O-Rings ausgeführt sein.
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In 2 ist eine alternative Ausführungsform des Gegenstands von 1 gezeigt. Sich entsprechende Bauteile sind mit sich entsprechenden Bezugszeichen versehen. Bezüglich der darin gezeigten Bauteile gilt das bereits in 1 Ausgeführte.
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Im Gegensatz zur 1 ist in 2 die Blende 12 einteilig mit dem Gehäuse 4 beziehungsweise mit dem zweiten Schaufelrad 2 ausgebildet. Sie wird hier von einem ersten Radialvorsprung 13 des Schaufelrades 2 gebildet. Der erste Radialvorsprung 13 gilt gleichzeitig als Axialbegrenzung des Lagers 7 und reicht in Radialrichtung wieder zwischen die innere und äußere Lagerschale 7.1, 7.2 des Lagers 7 hinein. Der erste Radialvorsprung 13 bildet zusammen mit dem zweiten Radialvorsprung 14 den Drosselquerschnitt der Blende 12.
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Die Blende 12 besteht damit aus demselben Material wie auch das Gehäuse 4 beziehungsweise das zweite Schaufelrad 2. Natürlich wäre es denkbar, dass die Blende aus einem elastischen Material, wie bereits in 1 ausgeführt, besteht. In diesem Fall könnte die Blende 12 dann form-, kraft- oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 4 beziehungsweise dem zweiten Schaufelrad 2 ausgeführt sein.
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Gemäß beiden Ausführungsformen kann nun insbesondere im Nicht-Betrieb, in welchem der Arbeitsraum 3 im Wesentlichen (bis auf eine bestimmte Restmenge) entleert ist, über die besagte Zulaufleitung in den Arbeitsraum, beispielsweise pulsierend eine vorgegebene Menge an Arbeitsmedium eingebracht werden. Diese Menge strömt zuvor oder danach in den Nebenraum 17 und von dort in den gemeinsamen Arbeitsmediumzufuhrkanal 8, um weiter über die beiden Zweigleitungen 10, 11 parallel einerseits dem Lager 7 und der ersten Dichtung 6 und andererseits der zweiten Dichtung 9 zu deren Kühlung und/oder Schmierung zugeführt zu werden. Durch das erfindungsgemäße Einbringen der Blende 12 kann nun ohne aufwändige konstruktive Maßnahmen die Kühlung und/oder Schmierung der besagten Komponenten erheblich verbessert werden und dies ohne die in den Arbeitsraum 3 pulsierend eingegebene Menge an Arbeitsmedium zu steigern und damit eine Leistungsübertragung der hydrodynamischen Maschine beziehungsweise hier ein unerwünschtes Bremsen mit dem hydrodynamischen Retarder im Nicht-Betrieb auszulösen.
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Die hydrodynamische Maschine kann dabei auch als hydrodynamische Kupplung oder hydrodynamischer Wandler, wobei im letztgenannten Fall zu den beiden Schaufelrädern ein zusätzliches Leitrad vorgesehen sein kann, ausgeführt sein. Ist die hydrodynamische Maschine als Kupplung oder Wandler ausgeführt, so kann das zweite Schaufelrad drehstarr an eine Abtriebswelle angeschlossen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Schaufelrad
- 2
- zweites Schaufelrad
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- Gehäuse
- 5
- Antriebswelle
- 6
- erste Dichtung
- 7
- Lager
- 7.1
- innere Lagerschale
- 7.2
- äußere Lagerschale
- 8
- gemeinsamer Arbeitsmediumzufuhrkanal
- 9
- zweite Dichtung
- 10
- erste Zweigleitung
- 11
- zweite Zweigleitung
- 12
- Blende
- 13
- erster Radialvorsprung
- 14
- zweiter Radialvorsprung
- 15
- Bypassleitung
- 16
- Drehachse
- 17
- Nebenraum
