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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hydraulikantrieb, insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, mit einem Gehäuse, mit einem Turbinenrad, das um eine Drehachse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einer Pumpvorrichtung, die durch einen solchen Hydraulikantrieb angetrieben ist, und eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung.
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Die meisten Kraftfahrzeuge sind mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet, die in der Regel für den Antrieb des Fahrzeugs sorgt. Eine derartige Brennkraftmaschine, vorzugsweise wenn sie als Kolbenmotor ausgestaltet ist, weist ein Kurbelgehäuse auf. Im Kurbelgehäuse befindet sich eine Kurbelwelle, die über Pleuel mit Kolben der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verbunden ist. Leckagen zwischen den Kolben und den zugehörigen Zylinderwänden führen zu einem Blow-by-Gas-Strom, durch den Blow-by-Gas von den Brennräumen in das Kurbelgehäuse gelangt. Zur Vermeidung eines unzulässigen Überdrucks im Kurbelgehäuse sind moderne Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet, um die Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
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Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen wird mit Hilfe der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung das Blow-by-Gas nicht einer Umgebung, sondern üblicherweise einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, welche die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgt.
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Im Kurbelgehäuse herrscht ein Ölnebel, so dass das Blow-by-Gas Öl mit sich führt. Dieses Öl kann als Öltröpfchen Elemente in dem Ansaugtrakt, wie beispielsweise einen Turbolader, beschädigen. Um diese Elemente zu schützen und zur Reduzierung des Ölverbrauchs, besitzt die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung üblicherweise eine Ölabscheideeinrichtung und vorzugsweise einen Ölrücklauf, der das abgeschiedene Öl zum Kurbelgehäuse zurückführt.
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Bei Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen lassen sich grundsätzlich passive Systeme von aktiven Systemen unterscheiden. Passive Systeme nutzen zum Antreiben des Blow-by-Gases die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Unterdruck der Frischluftanlage. Aktive Systeme erzeugen zusätzlich eine zusätzliche Druckdifferenz, die zur Absaugung des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse genutzt wird. Zur Erzeugung der Druckdifferenz werden Pumpvorrichtungen eingesetzt, die beispielsweise durch einen Hydraulikantrieb angetrieben werden.
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Bei sogenannten Freistrahlhydraulikantrieben, bei welchen ein Turbinenrad durch einen Freistrahl aus Hydrauliköl angetrieben ist, wird das Hydrauliköl an dem Turbinenrad teilweise unkontrolliert im Raum verteilt, so dass sowohl der Freistrahl als auch das Turbinenrad durch das Hydrauliköl gestört werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Hydraulikantriebes, einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung oder einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine kontrollierte Ölabfuhr und damit durch einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, das Turbinenrad derart auszubilden, dass eine definierte Ölabfuhr gewährleistet ist. Insbesondere werden die Wege für die einfallende Hydraulikflüssigkeit und die ausfallende Hydraulikflüssigkeit voneinander getrennt, so dass die einfallende Hydraulikflüssigkeit nicht von der ausfallenden Hydraulikflüssigkeit gestört wird. Erfindungsgemäß weisen die Umlenkkammern hierzu jeweils eine Eintrittsöffnung auf, durch welche die Hydraulikflüssigkeit in Form des Freistrahls in die Umlenkkammern eintreten kann, wobei die Umlenkkammern jeweils mindestens eine axiale Austrittsöffnung aufweisen, die von der Eintrittsöffnung verschieden ist und durch welche die Hydraulikflüssigkeit aus den Umlenkkammern austreten kann. Die Eintrittsöffnungen der Umlenkkammern sind nach außen gerichtet, so dass die Hydraulikflüssigkeit in radial tangentialer Richtung in die Umlenkkammern eintreten kann. Das heißt die Hydraulikflüssigkeit bewegt sich im Wesentlichen in einer durch das Turbinenrad definierten Ebene. Dadurch dass die Austrittsöffnungen axial liegen, wird die austretende Hydraulikflüssigkeit aus der Ebene, die das Turbinenrad definiert heraus geleitet. Somit kann die austretende Hydraulikflüssigkeit nicht den Freistrahl der Hydraulikflüssigkeit stören, wodurch ein Wirkungsgradverlust und ein Aufschäumen der Hydraulikflüssigkeit vermieden werden können.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen beziehen sich die Begriffe axial, radial, in Umfangsrichtung und tangential auf die Drehachse des Turbinenrades.
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In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem Freistrahl der Hydraulikflüssigkeit ein Strahl der Hydraulikflüssigkeit verstanden, der, vorzugsweise durch eine Düse gebildet, in einen Raum einströmt, der mit einem anderen Fluid, vorzugsweise einem Gas oder Gasgemisch, gefüllt ist, und dabei zumindest abschnittsweise nicht in Kontakt zu einer Wand steht. In der vorliegenden Erfindung wird der Freistrahl auf ein Turbinenrad gerichtet, um beim Auftreffen auf das Turbinenrad Impuls und Energie auf das Turbinenrad zu übertragen und dieses dadurch anzutreiben.
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Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Turbinenrad mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Flügel aufweist, dass die Umlenkkammern zwischen jeweils zwei Flügeln angeordnet sind, und dass die Umlenkkammern eine gekrümmte Rückwand aufweisen, an welcher die Hydraulikflüssigkeit abgelenkt wird. Dadurch kann der Freistrahl der Hydraulikflüssigkeit von den Umlenkkammern aufgefangen und umgelenkt werden. Auf diese Weise kann die Bewegungsenergie der Hydraulikflüssigkeit in Rotationsenergie des Turbinenrads umgewandelt werden. Folglich kann die Hydraulikflüssigkeit das Turbinenrad antreiben.
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Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Umlenkkammern jeweils durch eine erste axiale Begrenzungswand und durch eine zweite axiale Begrenzungswand in axialer Richtung begrenzt sind und dass in der zweiten axialen Begrenzungswand der Umlenkkammern jeweils eine Ausnehmung vorgesehen ist, welche die jeweilige Austrittsöffnung bildet. Dadurch sind die Austrittsöffnungen axial gerichtet, so dass die Hydraulikflüssigkeit, welche aus den Umlenkkammern austritt eine axiale Geschwindigkeitskomponente aufweist. Durch diese axiale Geschwindigkeitskomponente wird die aus den Umlenkkammern austretende Hydraulikflüssigkeit aus der Bahn des Freistrahls der Hydraulikflüssigkeit, welcher in die Umlenkkammern einfällt, herausgeführt, so dass eine Interaktion zwischen der einfallenden und der ausfallenden Hydraulikflüssigkeit vermieden werden kann.
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Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Hydraulikantrieb einen Kanal mit einem Kanaleinlass und einem Kanalauslass aufweist, der bei dem Turbinenrad angeordnet ist, so dass Hydraulikflüssigkeit, die aus den Austrittsöffnungen austritt, in den Kanal eintritt. Dadurch kann die aus dem Turbinenrad austretende Hydraulikflüssigkeit noch besser geleitet werden. Eventuell gebildete Hydraulikflüssigkeitströpfchen werden durch den Kanal aufgefangen, so dass der Raum um das Turbinenrad weniger stark durch Hydraulikflüssigkeitsnebel belastet ist.
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Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht vor, dass der Kanaleinlass radial fluchtend zu den Austrittsöffnungen angeordnet ist. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit, die aus den Austrittsöffnungen austritt besonders günstig von dem Kanaleinlass aufgefangen werden.
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Eine günstige Variante sieht vor, dass der Hydraulikantrieb je Düse einen Kanal aufweist. Falls mehrere Düsen vorgesehen sind, sind diese in Umfangsrichtung um das Turbinenrad verteilt angeordnet. Wenn je Düse ein Kanal vorgesehen ist, kann ein Großteil der Hydraulikflüssigkeit, die aus dem Turbinenrad austritt, aufgefangen werden.
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Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass der Kanaleinlass in Umfangsrichtung versetzt zu der jeweiligen Düse angeordnet ist, so dass der Kanaleinlass in Umfangsrichtung im Wesentlichen an der Position angeordnet ist, an der die Hydraulikflüssigkeit aus dem Turbinenrad austritt. Die Düse lenkt die Hydraulikflüssigkeit im Wesentlichen tangential auf das Turbinenrad. Ein gewisser Abstand ist zwischen der Düse und dem Turbinenrad notwendig. Somit tritt die Hydraulikflüssigkeit in Umfangsrichtung versetzt zu der Düse in die Umlenkkammern ein. Daher verlässt die Hydraulikflüssigkeit die Umlenkkammern versetzt zu den Düsen. Folglich ist eine solche Anordnung des Kanals vorteilhaft, um die Hydraulikflüssigkeit, die aus dem Turbinenrad austritt, aufzufangen.
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In der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen wird unter in Umfangsrichtung an einer Position angeordnet verstanden, dass in Umfangsrichtung eine Abweichung von dieser Position um einen Winkel von weniger als 20°, vorzugsweise weniger als 10°, besonders bevorzugt weniger als 5° erlaubt ist.
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Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass der Kanaleinlass zu dem Turbinenrad hin gerichtet ist. Dadurch kann der Kanal die Hydraulikflüssigkeit, die aus dem Turbinenrad austritt besonders günstig auffangen.
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Ferner wird die oben genannte Aufgabe durch eine Kugelgehäuseentlüftungseinrichtung mit einem Ölabscheider und einer Pumpvorrichtung zum Antreiben von Blow-by-Gas gelöst, wobei die Pumpvorrichtung durch einen Hydraulikantrieb gemäß der vorstehenden Beschreibung angetrieben ist. Somit übertragen sich die Vorteile des Hydraulikantriebs auf die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Darüber hinaus wird die oben genannte Aufgabe durch eine Brennkraftmaschine mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung gelöst. Dadurch übertragen sich die Vorteile der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung und damit die Vorteile des Hydraulikantriebs auf die Brennkraftmaschine, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine Prinzipskizze einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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2 eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
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3 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene A-A aus 2, wobei nur das Turbinenrad und die Düse dargestellt sind,
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4 eine Schnittdarstellung entlang der Schnittebene B-B aus 3,
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5 eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform,
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6 eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform und
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7 eine Schnittdarstellung durch ein Gehäuse einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung gemäß einer Variante der zweiten Ausführungsform.
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Eine in den 1 bis 4 dargestellte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 wird zur Entlüftung von Kurbelgehäusen 12 von Brennkraftmaschinen 14 verwendet, insbesondere von aufgeladenen Brennkraftmaschinen 14, beispielsweise mit einem Turbolader 16. Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 weist eine Saugleitung 18 auf, welche von dem Kurbelgehäuse 12 bis zu einem Ansaugtrakt 20 der Brennkraftmaschine 14 verläuft. Ein Ölnebelabscheider 22, der vorzugsweise als Impaktor ausgebildet ist, und eine Pumpvorrichtung 24, die vorzugsweise als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist, sind in der Saugleitung 18 angeordnet. Durch die Pumpvorrichtung 24 kann das aus dem Kurbelgehäuse 12 entlüftete Blow-by-Gas angetrieben werden, so dass an dem Ölnebelabscheider 22 eine höhere Druckdifferenz für die Ölnebelabscheidung bereitsteht, wodurch diese verbessert ist.
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Ein Antrieb 26 der Pumpvorrichtung 24 ist vorzugsweise als Hydraulikantrieb 28, besonders bevorzugt als Freistrahlantrieb ausgebildet. Die Verwendung eines Hydraulikantriebs 28 ist vorteilhaft, da in der Peripherie der meisten Brennkraftmaschinen 14 bereits ein Hydrauliksystem vorhanden ist.
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Der Hydraulikantrieb 28 ist in einem Gehäuse 27 angeordnet, vorzugsweise liegt das Gehäuse 27 des Hydraulikantriebs 28 an einem Gehäuse 29 der Pumpvorrichtung 24 an. Besonders bevorzugt teilen sich das Gehäuse 27 des Hydraulikantriebs 28 und das Gehäuse 29 der Pumpvorrichtung 24 zumindest ein gemeinsames Gehäuseteil 31.
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Der Hydraulikantrieb 28 weist eine Düse 30 auf, durch welche Hydraulikflüssigkeit 32 geleitet wird, um einen Freistrahl 34 der Hydraulikflüssigkeit 32 zu bilden. Ferner weist der Hydraulikantrieb 28 ein Turbinenrad 36 auf, das um eine Drehachse 39 drehbar gelagert ist und welches durch den Freistrahl 34 angetrieben wird. Der Hydraulikantrieb 28 kann mehr als eine Düse 30 aufweisen, die in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Der Einfachheit halber ist in dieser Anmeldung nur eine Düse 30 beschrieben und in den Figuren dargestellt.
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Das Turbinenrad 36 ist derart ausgebildet, dass es die Hydraulikflüssigkeit 32 in Form des Freistrahls 34 umlenkt und somit Bewegungsenergie der Hydraulikflüssigkeit 32 aufnehmen kann und in Rotationsenergie des Turbinenrads 36 umwandeln kann.
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Zur Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit 32 weist das Turbinenrad 36 Umlenkkammern 38 auf, welche bevorzugt zwischen Flügeln 40 ausgebildet sind. Die Umlenkkammern 38 weisen eine gekrümmte Rückwand 42 auf, an welcher die Hydraulikflüssigkeit 32 umgelenkt wird und entsprechend an welcher die Impuls- und Energieübertragung von der Hydraulikflüssigkeit 32 zu dem Turbinenrad 36 erfolgt.
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In axialer Richtung sind die Umlenkkammern 38 durch eine erste Begrenzungswand 44 und eine zweite Begrenzungswand 46 begrenzt.
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Durch die Umlenkung der Hydraulikflüssigkeit 32 können Störungen auftreten. Beispielsweise kann die Hydraulikflüssigkeit 32 an dem Turbinenrad 36 zerstäubt werden. Der dadurch entstehende Nebel kann das Turbinenrad 36 bremsen. Desweiteren kann Hydraulikflüssigkeit 32, welche von dem Turbinenrad 36 zurückgeworfen wird, den Freistrahl 34 der Hydraulikflüssigkeit 32 kreuzen und diesen dadurch stören, so dass Bewegungsenergie der Hydraulikflüssigkeit 32 verloren geht. Dies kann insbesondere dann auftreten, wenn das Turbinenrad 36 langsamer ist als die halbe Geschwindigkeit der Hydraulikflüssigkeit 32.
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Das Turbinenrad 36 weist vorzugsweise je Umlenkkammer 38 eine Eintrittsöffnung 48 und eine Austrittsöffnung 50 auf. Die Eintrittsöffnung 48 wird durch die erste Begrenzungswand 44 und die zweite Begrenzungswand 46 und durch die jeweiligen die Umlenkkammer 38 begrenzenden Flügel 40 umrandet. Dadurch ist die Eintrittsöffnung 48 nach außen gerichtet. Insbesondere ist sie in radial tangentialer Richtung gerichtet. Die Austrittsöffnung 50 ist in der zweiten Begrenzungswand 46 gebildet. Vorzugsweise ist die erste Begrenzungswand 44 der Pumpvorrichtung zugewandt und die zweite Begrenzungswand 46 ist der Pumpvorrichtung 24 abgewandt. Somit wird die Hydraulikflüssigkeit 32, welche aus den Austrittsöffnungen 50 aus den Umlenkkammern 38 austritt, von der Pumpvorrichtung 24 weggeleitet.
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Die Hydraulikflüssigkeit 32 erhält also in den Umlenkkammern 38 des Turbinenrads 36 eine axiale Geschwindigkeitskomponente, welche die Hydraulikflüssigkeit 32 zum einen aus einer Ebene 52 des Turbinenrads 36 leitet und zum anderen in einen Bereich des Gehäuses 27 leitet, in welchem die Hydraulikflüssigkeit 32 günstig abgeleitet werden kann.
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Dadurch, dass die Hydraulikflüssigkeit nicht in Richtung der Pumpvorrichtung 24 geleitet wird, kann eine Welle 54 zwischen dem Turbinenrad 36 und der Pumpvorrichtung 24 kurz ausgestaltet sein, so dass die Stabilität der Welle 54 verbessert ist und außerdem weniger Bauraum benötigt wird.
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Vorzugsweise wird die Hydraulikflüssigkeit 32 durch die Düse 30 in axialer Richtung versetzt zur Mitte des Turbinenrads 36 in die Umlenkkammern 38 eingeleitet. Beispielsweise wird die Hydraulikflüssigkeit 32 zur ersten Begrenzungswand 44 hin versetzt eingeleitet. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit 32 besonders günstig an der Rückwand 42 umgelenkt werden. Ferner wird dadurch die Hydraulikflüssigkeit 32 günstig in die Austrittsöffnung 50 in der zweiten Begrenzungswand 46 geleitet, so dass die Hydraulikflüssigkeit 32 durch die Austrittsöffnung 50 aus den Umlenkkammern 38 austreten kann.
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Um die Hydraulikflüssigkeit 32 außerhalb des Turbinenrads 36 noch besser zu führen und dadurch die Bildung von Nebel der Hydraulikflüssigkeit 32 noch weiter zu verringern, kann in einer Variante der ersten Ausführungsform, die beispielsweise in den 4 und 5 und andeutungsweise in 3 dargestellt ist, ein Kanal 56 vorgesehen sein. Der Kanal 56 ist an dem Turbinenrad 36 derart angeordnet, dass die aus den Austrittsöffnungen 50 austretende Hydraulikflüssigkeit 32 in einen Kanaleinlass 58 eintreten kann und dadurch definiert geführt wird. Ein Kanalauslass 60 des Kanals 56 leitet dann die Hydraulikflüssigkeit 32 in einen Hydraulikflüssigkeitssammelbereich 62.
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Der Kanal 56 ist in radialer Richtung fluchtend zu den Austrittsöffnungen 50 angeordnet, wie bspw. in 4 dargestellt ist. Dadurch tritt die Hydraulikflüssigkeit 32 aus den Umlenkkammern 38 direkt in den Kanaleinlass 58 ein. In Umfangsrichtung gesehen ist der Kanal 56 derart angeordnet, dass die Hydraulikflüssigkeit 32, die aus den Austrittsöffnungen 50 austritt in den Kanaleinlass 58 eintreten kann.
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Da die Düse 30 die Hydraulikflüssigkeit 32 tangential radial einstrahlt, tritt die Hydraulikflüssigkeit 32 in Umfangsrichtung versetzt zu der Düse 30 aus den Umlenkkammern 38 wieder aus. Somit ist es günstig, wenn der Kanaleinlass 58 des Kanals 56 in Umfangsrichtung versetzt zu der Düse 30 angeordnet ist.
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Eine in den 6 und 7 dargestellte zweite Ausführungsform der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 unterscheidet sich von der in den 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10, dadurch, dass die Umlenkkammern 38 derart ausgebildet sind, dass die Hydraulikflüssigkeit 32, die aus den Umlenkkammern 38 austritt noch eine radiale Geschwindigkeitskomponente aufweist, die radial nach innen zeigt. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit 32 noch günstiger in dem Gehäuse 27 des Hydraulikantriebs 28 geleitet sein.
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Auch bei der in den 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsform der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 kann ein Kanal 56 vorgesehen sein, der die Hydraulikflüssigkeit 32, die aus den Austrittsöffnungen 50 des Turbinenrads 36 austritt, führt.
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Im Übrigen stimmt die in den 6 und 7 dargestellte zweite Ausführungsform der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 mit der in den 1 bis 5 dargestellten ersten Ausführungsform der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
