-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Eine gattungsgemäße hydrodynamische Kupplung wird in
DE 20 2014 006 629 U1 offenbart. Die hydrodynamische Kupplung weist wenigstens ein beschaufeltes Pumpenrad und wenigstens ein beschaufeltes Turbinenrad auf, die gemeinsam wenigstens einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum ausbilden. Das Pumpenrad wird von einer über einer Drehachse umlaufenden Antriebswelle getragen und das Turbinenrad wird von einer über einer Drehachse umlaufenden Abtriebswelle getragen. Pumpenrad und Turbinenrad werden von einem stationären Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung umschlossen.
-
Eine solche Kupplung kann als Monokupplung mit einem einzigen Arbeitsraum ausgeführt sein oder als Doppelkupplung, bei welcher zwei Arbeitsräume nebeneinander vorgesehen sind. Der oder die Arbeitsräume werden mit dem Arbeitsmedium befüllt, um eine hydrodynamische Kreislaufströmung darin auszubilden und so Drehmoment beziehungsweise Antriebsleistung vom Pumpenrad auf das Turbinenrad oder von den Pumpenrädern auf die Turbinenräder zu übertragen und dadurch die Abtriebswelle hydrodynamisch mittels der Antriebswelle anzutreiben.
-
Die Antriebswelle und die Abtriebswelle wurden zunächst fremdgelagert, wie in der
DE 20 2014 006 629 U1 dargestellt wird. Dem hingegen schlägt
DE 20 2014 006 629 U1 nun vor, sowohl die Antriebswelle als auch die Abtriebswelle durch eigene Wälzlager im Gehäuse zu lagern.
-
DE 20 2014 006 625 U1 schlägt eine hydrodynamische Kupplung vor, bei welcher die Antriebswelle das Pumpenrad als separates Bauteil mittelbar trägt und die Abtriebswelle das Turbinenrad als separates Bauteil mittelbar trägt, wobei die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle durch eine Anschlusswelle gebildet wird/werden, die sich bis aus dem Gehäuse heraus erstreckt oder von außerhalb des Gehäuses für einen drehfesten Anschluss eines Antriebsstrangs zugängig ist. Wenigstens eine Anschlusswelle weist eine Lagerung im Gehäuse auf, die andere kann fremdgelagert sein.
-
Die Abdichtung der Wellendurchtritte durch das Gehäuse erfolgt herkömmlich mittels berührender Dichtungen, zum Beispiel mit Radialwellendichtringen. Diese Dichtungen sind meist als gehäusefeste Dichtungen ausgeführt, die statisch gegenüber dem Gehäuse abgedichtet sind und dynamisch gegenüber der Welle. Aufgrund der Ausführungsform als berührende Dichtung unterliegen diese Dichtungen einem laufenden Verschleiß. Der Verschleiß ist stark von den Betriebsbedingungen und den Umgebungsbedingungen abhängig. Darüber hinaus kann die statische Dichtung bei nicht korrekter Montage undicht werden.
-
DE 10 2006 031 148 B3 schlägt zur Abdichtung zwischen einem Primärrad und einem Sekundärrad einer hydrodynamischen Kupplung eine Labyrinthdichtung vor.
-
DE 20 2014 006 627 U1 schlägt eine gattungsgemäße hydrodynamische Kupplung vor, bei welcher axial außerhalb der Lager ein Wellendichtring und axial innerhalb der Lager zur Abdichtung des Lagers gegenüber dem Arbeitsraum eine Labyrinthdichtung vorgesehen ist.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung der gattungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, dass ein frühzeitiger Dichtungsverschleiß und eine undichte Wellenabdichtung durch nicht korrekte Montage vermieden werden.
-
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
-
Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung weist wenigstens ein beschaufeltes Pumpenrad und wenigstens ein beschaufeltes Turbinenrad auf, die gemeinsam wenigstens einen mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum ausbilden, in dem durch Antrieb des Pumpenrads eine hydrodynamische Kreislaufströmung zum Antrieb des Turbinenrads ausgebildet werden kann. Ferner ist eine Antriebswelle vorgesehen, die das Pumpenrad integral oder als separates Bauteil zumindest mittelbar trägt, sowie eine Abtriebswelle, die das Turbinenrad integral oder als separates Bauteil zumindest mittelbar trägt.
-
Es ist ein Gehäuse beziehungsweise stationäres Gehäuse vorgesehen, das das Pumpenrad und das Turbinenrad umschließt. Wenn mehrere Pumpenräder und Turbinenräder zur Ausbildung mehrere Arbeitsräume, insbesondere zum Ausbilden von zwei Arbeitsräumen, vorgesehen sind, so umschließt das Gehäuse alle Pumpenräder und Turbinenräder. Die Arbeitsräume sind vorteilhaft in Axialrichtung nebeneinander angeordnet.
-
Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind jeweils mittels wenigstens einem Lager im Gehäuse gelagert. Das jeweilige Lager ist mit einem Schmiermittel geschmiert, wobei als Schmiermittel bevorzugt das Arbeitsmedium der hydrodynamischen Kupplung verwendet wird. Demnach wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das Arbeitsmedium, das aus dem Arbeitsraum abströmt dem Lager zugeführt. Zusätzlich oder alternativ wird das Arbeitsmedium, das in den Arbeitsraum geleitet wird beziehungsweise ein Abzweig des in den Arbeitsraum geleiteten Arbeitsmediums dem wenigsten einen Lager zu dessen Schmierung zugeführt.
-
Die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle ist mittels wenigstens einer Labyrinthdichtung gegen das Gehäuse abgedichtet, um einen Austritt des Schmiermittels aus dem Gehäuse zu vermeiden.
-
Erfindungsgemäß ist die wenigstens eine Labyrinthdichtung als wenigstens zweistufige Labyrinthdichtung ausgeführt, umfassend eine erste Labyrinthstufe mit einer ersten Schmiermittelabfuhr und eine zweite Labyrinthstufe mit einer zweiten Schmiermittelabfuhr. Bevorzugt sind genau zwei Labyrinthstufen auf der mittels der Labyrinthdichtung abgedichteten Seite des jeweiligen Lagers vorgesehen.
-
Unter Schmiermittelabfuhr ist ein Abgriff wenigstens eines Teils des nacheinander durch die wenigstens zwei Stufen der Labyrinthdichtung strömenden Schmiermittels zu verstehen. Insbesondere mündet die erste Schmiermittelabfuhr und/oder die zweite Schmiermittelabfuhr radial von außen in der jeweiligen Labyrinthstufe.
-
Bevorzugt ist in der ersten und/oder zweiten Labyrinthstufe eine Schleuderscheibe vorgesehen. Mit einer solchen Schleuderscheibe kann wenigstens ein Teil des durch die Labyrinthdichtung aus der ersten in die zweite Labyrinthstufe strömenden Schmiermittels erfasst und radial nach außen geschleudert werden.
-
Bevorzugt ist in der ersten Labyrinthstufe eine erste Schleuderscheibe vorgesehen und in der zweiten Labyrinthstufe eine zweite Schleuderscheibe vorgesehen.
-
Die wenigstens zweistufige Labyrinthdichtung ist bevorzugt axial außerhalb des abzudichtenden Lagers auf der dem Arbeitsraum abgewandten Seite des Lagers positioniert, somit nicht zwischen dem Arbeitsraum und dem Lager. Dies schließt nicht aus, dass eine andere Abdichtung zwischen dem Arbeitsraum und dem Lager positioniert ist.
-
Bevorzugt ist die wenigstens eine zweistufige Labyrinthdichtung axial unmittelbar neben dem Lager positioniert. Besonders in diesem Fall kann die dann eingangs der ersten Labyrinthstufe vorgesehene Schleuderscheibe unmittelbar neben dem Lager, insbesondere mit einem schmalen Spalt zwischen dem Lager und der Schleuderscheibe, angeordnet sein. Bevorzugt reicht die Schleuderscheibe radial nach außen bis über eine radial innere Oberfläche des Lageraußenrings hinweg, sodass das radiale äußere Ende der Schleuderscheibe in Axialrichtung dem Lageraußenring stirnseitig gegenübersteht.
-
Eine Ausführungsform der Erfindung kommt ohne eine Schleuderscheibe aus. Vorteilhaft ist dann jedoch axial neben dem Lager, insbesondere zwischen dem Lager und der ersten Labyrinthstufe beziehungsweise in der ersten Labyrinthstufe eine feststehende Scheibe vorgesehen, um das Lager in Axailrichtung zumindest teilweise abzudichten und/oder den Spalt zwischen Lagerinnenring und Lageraußenring in Axialrichtung zu überdecken.
-
Günstig ist, wenn der Schleuderscheibe in der ersten und/oder der zweiten Labyrinthstufe in Radialrichtung eine Fangrinne zur Aufnahme von von der Schleuderscheibe erfasstem Schmiermittel gegenübersteht. Die wenigstens eine Fangrinne kann beispielsweise im Gehäuse oder einem axial in das Gehäuse eingesetzten Deckel ausgebildet sein.
-
Bevorzugt umfasst die erste Labyrinthstufe und/oder die zweite Labyrinthstufe in Axialrichtung und in Radialrichtung vorstehende Dichtspitzen, um eine Axial-Radial-Labyrinthdichtung auszubilden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die erste und/oder zweite Schmiermittelabfuhr zumindest teilweise in Form einer Radialbohrung in dem Gehäuse und/oder dem Deckel vorgesehen, wobei die Radialbohrung insbesondere in der Fangrinne mündet.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Labyrinthdichtung einen auf der Antriebswelle und/oder der Abtriebswelle montierten, mit dieser umlaufenden gestuften Dichtring mit Dichtspitzen, wobei der Dichtring zusammen mit im Gehäuse oder im Deckel vorgesehenen Dichtspitzen wenigstens eine Labyrinthstufe ausbildet.
-
In Strömungsrichtung des Schmiermittels gesehen kann hinter der letzten, insbesondere hinter der zweiten Labyrinthstufe, zusätzlich ein Filzring zur Abdichtung der Antriebswelle und/oder Abtriebswelle gegen das Gehäuse vorgesehen sein. Dabei ist der Filzring bevorzugt hinter der letzten Dichtspitze der Labyrinthdichtung vorgesehen, in einem Bereich, in dem kein Schmiermittel mehr vorhanden ist. Der Filzring kann als Staubschutz dienen.
-
In Strömungsrichtung des Schmiermittels ist bevorzugt jeweils vor einer Schleuderscheibe oder vor wenigstens einer Schleuderscheibe ein Bund vorgesehen, der bei Schmiermittelübertritt über die Schleuderscheibe das Schmiermittel in eine Ablaufrinne leitet. Eine solche Ablaufrinne und die der Schleuderscheibe gegenüberstehende Fangrinne rotieren bevorzugt nicht, sondern sind, wie dargelegt, Teil des Deckels und/oder des Gehäuses und leiten das Schmiermittel in die Schmiermittelabfuhr, auch Labyrinthentlastung genannt, ab.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die erste und/oder zweite Labyrinthstufe in Strömungsrichtung des Schmiermittels gesehen vor und/oder hinter mehreren Dichtspitzen jeweils eine Schmiermittelabfuhr auf, somit mündet wenigstens eine Schmiermittelabfuhr an mehreren in Strömungsrichtung des Schmiermittels gesehen hintereinander angeordneten Positionen der Labyrinthstufe.
-
Es ist nicht notwendig, dass beide Labyrinthstufen einander gegenüberstehende Dichtspitzen aufweisen, solange die Schmiermittelabfuhr in den beiden Labyrinthstufen vorgesehen ist. Beispielsweise weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die erste, insbesondere unmittelbar neben dem Lager positionierte Labyrinthstufe keine Dichtspitzen, sondern nur eine Schleuderscheibe auf und die zweite Labyrinthstufe weist mehrere Dichtspitzen zur Ausbildung eines mäanderförmigen Strömungsweges des Schmiermittels auf.
-
Das wenigstens eine Lager im Gehäuse, mit welchem die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle gelagert ist, wird auch als Gehäuselager bezeichnet. Gemäß einer Ausführungsform sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle mittels jeweils mindestens einem Lager im Gehäuse gelagert. Bevorzugt ist/sind die Antriebswelle und/oder die Abtriebswelle zusätzlich mittels wenigstens einem Relativlager gegen die jeweils andere Welle gelagert. Das bedeutet, dass gemäß einer Ausführungsform die Antriebswelle mit einem Relativlager gegen die Abtriebswelle gelagert ist, wohingegen die Abtriebswelle ausschließlich im Gehäuse gelagert ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Antriebswelle ausschließlich im Gehäuse gelagert und die Abtriebswelle ist neben ihrer Lagerung im Gehäuse zusätzlich mittels wenigstens einem Relativlager gegen die Antriebswelle gelagert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind zwei Relativlager vorgesehen, eines, um die Antriebswelle gegen die Abtriebswelle zu lagern, und das andere, um die Abtriebswelle gegen die Antriebswelle zu lagern.
-
Vorteilhaft sind sowohl die Lager im Gehäuse als auch das wenigstens eine Relativlager als Wälzlager ausgeführt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle jeweils mittels einem Lager im Bereich jeweils einer Stirnseite im Gehäuse und jeweils mittels einem Relativlager gegeneinander gelagert.
-
Bevorzugt ist ein Relativlager im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses vorgesehen, wohingegen das andere Relativlager im Bereich einer axialen Mitte zwischen den beiden Stirnseiten des Gehäuses positioniert ist.
-
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Relativlager im Bereich der Stirnseite des Gehäuses radial innerhalb des Lagers im Gehäuse, mit welchem die entsprechende Welle - Antriebswelle oder Abtriebswelle - gelagert ist, vorgesehen und wird insbesondere von diesem Lager im Gehäuse vollständig umschlossen. Beispielsweise liegt das antriebsseitige Relativlager direkt innerhalb des antriebsseitigen Gehäuselagers. Durch eine solche Verschachtelung der Lager durch Positionierung der axialen Lagermitten in einer gemeinsamen Radialebene oder in Axialrichtung zumindest dicht zueinander können unerwünschte Kippmomente vermieden oder reduziert werden.
-
Durch diese spezielle Anordnung entsteht keine zusätzliche Radialbelastung, zum Beispiel aus der Radialkraft der die beiden Lager verbindenden Kupplung, das heißt dem Bauteil, an welchem der Lagerinnenring des Gehäuselagers und der Lageraußenring des Relativlagers angeschlossen ist. Eine solche Radialbelastung würde sich durch eine Hebelwirkung ergeben, die eine axial versetzte, insbesondere antriebsseitige Lageranordnung bedingt.
-
Besonders bevorzugt ist ein Relativlager, insbesondere das Relativlager im Bereich der Stirnseite der Gehäuses, als Loslager ausgeführt, wohingegen das andere Relativlager, das beispielsweise in der axialen Mitte zwischen den beiden Stirnseiten des Gehäuses vorgesehen ist, als Festlager ausgeführt ist.
-
Ein Lager im Gehäuse kann beispielsweise als Loslager und ein Lager im Gehäuse kann beispielsweise als Festlager ausgeführt sein.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Antriebswelle oder die Abtriebswelle mit zwei in Axialrichtung zueinander beabstandeten Lagern im Gehäuse gelagert, wohingegen die andere Welle - Abtriebswelle oder Antriebswelle - mittels einem einzigen Lager im Gehäuse und einem, insbesondere einem einzigen, Relativlager entsprechend gegen die andere Welle gelagert ist. Bevorzugt ist in diesem Fall das Relativlager als Festlager ausgeführt.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die hydrodynamische Kupplung als Doppelkupplung mit zwei, insbesondere axial nebeneinander positionierten Arbeitsräumen ausgeführt. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die hydrodynamische Kupplung einen einzigen Arbeitsraum aufweist, um eine sogenannte Monokupplung auszubilden.
-
Bevorzugt ist die hydrodynamische Kupplung als füllungsgesteuerte Kupplung ausgeführt, mit einem externen Arbeitsmediumkreislauf, der über eine Arbeitsmediumzufuhr und eine Arbeitsmediumabfuhr an dem wenigstens einen Arbeitsraum angeschlossen ist, wobei im externen Arbeitsmediumkreislauf ein Arbeitsmediumkühler vorgesehen ist und der externe Arbeitsmediumkreislauf vorteilhaft über ein Füllventil und ein Entleerventil an einem Arbeitsmediumvorrat zur Einstellung der in dem wenigstens einen Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmediummenge angeschlossen ist. Der Arbeitsmediumvorrat kann beispielsweise innerhalb des Gehäuses, insbesondere des stationären Gehäuses, vorgesehen sein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist er jedoch außerhalb des Gehäuses der hydrodynamischen Kupplung vorgesehen.
-
Anstelle des Füllventils und/oder des Entleerventils kann auch eine Staudruckpumpe vorgesehen sein, um mittels dieser die im Arbeitsraum befindliche Arbeitsmediummenge zu variieren. Beispielsweise können beide Ventile dadurch ersetzt werden, dass durch eine Drehrichtungsumkehr der Staudruckpumpe ein zunehmendes Befüllen und ein Entleeren des Arbeitsraumes ermöglicht wird, je nach Lastzustand.
-
Durch Änderung der Arbeitsmediumfüllung im Arbeitsraum wird vorteilhaft die Drehmomentübertragung stufenlos eingestellt. Beispielsweise wird über den Arbeitsmediumzulauf Arbeitsmedium drucklos an eine Fangrinne übergeben und strömt durch Fliehkraft, insbesondere über Bohrungen, in den Arbeitsraum. Durch Füllkeile kann das Einströmen in den Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum begünstigt werden, wobei die Füllkeile eine Injektorwirkung ausüben. Über Düsen kann das Arbeitsmedium gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in eine umlaufende Pumprinne ausströmen, von wo es von einer gegen die Drehrichtung ragenden Staudruckpumpe aufgenommen und über den Arbeitsmediumablauf in den externen Arbeitsmediumkreislauf geführt wird. Dort kann es dann durch den Kühler geführt werden, dabei gekühlt werden, und erneut über den Zulauf wieder in die hydrodynamische Kupplung eingeführt werden.
-
Über Ventile, insbesondere Elektromagnetventile, oder auch über die zuvor dargestellte Staudruckpumpe, kann bestimmt werden, wieviel Arbeitsmedium aus dem externen Arbeitsmediumkreislauf in den Arbeitsmediumvorrat strömt und wieviel Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumvorrat in den externen Arbeitsmediumkreislauf strömt. Damit kann allein mit diesen Ventilen die Regelung des Füllungsgrades des wenigstens einen Arbeitsraumes mit Arbeitsmedium erfolgen.
-
Die Lagerschmierung mit dem Arbeitsmedium, wobei als Arbeitsmedium insbesondere Öl verwendet wird, kann aus einem Sumpf unten im Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung und/oder aus dem Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum beziehungsweise einem Arbeitsmediumstrom zum oder aus dem Arbeitsraum erfolgen.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird zumindest das antriebsseitige Relativlager, wobei sich die Begriffe antriebsseitig und abtriebsseitig auf die Positionen der Antriebswelle und der Abtriebswelle beziehen - die Antriebswelle ist antriebsseitig und die Abtriebswelle ist abtriebsseitig positioniert, mittels Öldruck, der gegen den Rotationsdruck der Arbeitsmediumströmung im Arbeitsraum wirkt, geschmiert. Um eine ausreichende Druckdifferenz zu erhalten, sind bevorzugt zwei Spaltdichtungen zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle, beidseitig einer Ölzufuhrbohrung vorgesehen, um das Öl bis zum Relativlager zu fördern. Die Spaltdichtungen können beispielsweise Kolbenringe umfassen oder durch diese gebildet werden.
-
Bevorzugt ist auf beiden axialen Seiten des Relativlagers, zumindest auf der der Ölzufuhrbohrung im Gehäuse abgewandten Seite des Relativlagers, ein radial nach innen vorragender Vorsprung, beispielsweise gebildet durch einen Druckring zur Verschraubung des Pumpenrads, vorgesehen, der einen kleineren Innendurchmesser als der Innendurchmesser des Außenrings des Relativlagers aufweist. Durch diese Maßnahme wird eine dauerhafte Schmierung des Relativlagers sichergestellt, auch wenn kurzzeitig kein Öl durch die Ölzufuhrbohrung im Gehäuse gefördert wird. Über einen solchen Vorsprung erfolgt vorteilhaft auch der laufende Ölabfluss, sodass das Lager nicht überflutet ist.
-
Insbesondere wenn das Lager als Loslager ausgeführt ist, so kann der Lagerinnenring an einem Bund der Abtriebswelle anstoßen. Der Lageraußenring stößt insbesondere an einem radial nach innen vorstehenden Bund der zumindest im Bereich des Relativlagers als Hohlwelle ausgeführten Antriebswelle an. Damit kann auf eine weitere Sicherung des Lagerinnenringes und/oder des Lageraußenringes verzichtet werden.
-
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Haltering für den Lageraußenring des Relativlagers, insbesondere des abtriebsseitigen Relativlagers, vorgesehen, welcher in das Turbinenrad beziehungsweise allgemein ein mit Abtriebsdrehzahl umlaufendes Bauteil eingeschraubt ist. Der Lagerhaltering ist beispielsweise aus einem Eisenwerkstoff hergestellt, das Bauteil, in welches er eingeschraubt ist, aus Aluminium. Damit wird eine unerwünschte Positionsveränderung des Relativlagers durch Temperaturdehnung vermieden. Der Lagerhaltering kann gegenüber dem Bauteil, in welches er eingeschraubt ist, abgedichtet sein.
-
Der Lagerhaltering hat bevorzugt einen Bund, dessen Innendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Außenringes des Relativlagers ist. Durch diese Maßnahme ist eine dauerhafte Schmierung des Lagers sichergestellt, auch wenn kurzzeitig kein Öl gefördert wird. Über den Ring kann auch der laufende Ölabfluss erfolgen, sodass das Lager nicht überflutet ist.
-
Die Schmierung erfolgt bevorzugt über eine axiale Düse im Gehäuse, die dicht an der Welle in das Lager spritzt. Das Lager kann als Festlager ausgeführt sein und insbesondere das Turbinenrad axial auf der Abtriebswelle fixieren.
-
Das antriebsseitige Gehäuselager ist insbesondere als Loslager ausgeführt, wobei die Schmierung bevorzugt über eine axiale Düse im Gehäuse erfolgt. Derselbe Ölkanal, der für die Schmierung dieses Lagers vorgesehen ist, kann auch zur Schmierung des antriebsseitigen Relativlagers dienen. Die erforderlichen Ölmengen für das Gehäuselager und das Relativlager können mittels Blenden und/oder Düsen aufeinander abgestimmt werden. Der Ölabfluss erfolgt vorteilhaft über das Gehäuselager beziehungsweise das Relativlager in das Gehäuse Richtung Turbinenrad hinein.
-
Die abtriebsseitige Gehäuselagerung wird bevorzugt durch wenigstens eine axiale Düse geschmiert. Auch hier kann derselbe Ölkanal zur Schmierung für das abtriebsseitige Relativlager verwendet werden und bevorzugt die erforderlichen Mengen mit Blenden und/oder Düsen aufeinander abgestimmt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist zur abtriebsseitigen Gehäuselagerung ein Schmierring vorgesehen.
-
Der Ölabfluss erfolgt bevorzugt durch weiter unten liegende Bohrungen, die verhindern, dass das Lager überflutet wird. Die Bohrungen sind gemäß einer Ausführungsform der Erfindung winklig versetzt zur Radialebene, sodass ein geringer Ölsumpf vorhanden ist und das Lager nicht ohne Schmierung verbleibt. Das Gehäuselager kann bevorzugt als Festlager ausgeführt sein und die Abtriebswelle und damit das Turbinenrad im Gehäuse fixieren.
-
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
-
Es zeigen:
- 1 eine mögliche Füllungssteuerung für eine erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung;
- 2a, 2b eine erfindungsgemäß ausgeführte hydrodynamische Kupplung mit zwei Lagern im Gehäuse (Gehäuselagern) und zwei Relativlagern;
- 3 eine Ausführungsform entsprechend der 2, jedoch mit Ausführungsform der hydrodynamischen Kupplung als Doppelkupplung;
- 4 eine erfindungsgemäß ausgeführte hydrodynamische Kupplung mit drei Gehäuselagern und einem Relativlager;
- 5 eine mögliche Gestaltung der Abdichtung zwischen Läufer und Gehäuse, hier auf der Abtriebsseite;
- 6 einen Axialschnitt durch den Bereich der Dichtung zwischen der Abtriebswelle und dem Gehäuse;
- 7 einen gegenüber der 6 in Umfangsrichtung versetzen Axialschnitt;
- 8 eine mögliche Gestaltung der Abdichtung zwischen Läufer und Gehäuse, hier auf der Antriebsseite;
- 9 einen Axialschnitt durch den Bereich der Dichtung zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse;
- 10 einen gegenüber der 9 in Umfangsrichtung versetzen Axialschnitt.
-
In der 1 ist eine hydrodynamische Kupplung mit einem externen Arbeitsmediumkreislauf 15 dargestellt. Der externe Arbeitsmediumkreislauf 15 dient dem Kühlen des im Arbeitsraum 3 der hydrodynamischen Kupplung erwärmten Arbeitsmediums, sowie dem Einstellen eines vorgegebenen Füllungsgrades im Arbeitsraum 3, das heißt der Einstellung einer vorgegebenen im Arbeitsraum 3 befindlichen und dort in einer hydrodynamischen Kreislaufströmung zirkulierenden Arbeitsmediummenge. Die im Arbeitsraum 3 befindliche Arbeitsmediummenge wiederum bestimmt das vom Pumpenrad 1 auf das Turbinenrad 2 übertragene Drehmoment.
-
Im externen Arbeitsmediumkreislauf 15 ist ein Arbeitsmediumkühler 18 angeordnet. Der externe Arbeitsmediumkreislauf 15 ist über eine Arbeitsmediumzufuhr 16 und eine Arbeitsmediumabfuhr 17 an der hydrodynamischen Kupplung angeschlossen.
-
Im Gehäuse 6 der hydrodynamischen Kupplung ist ein Arbeitsmediumvorrat 21 vorgesehen, der über ein Füllventil 19 und ein Entleerventil 20 an dem externen Arbeitsmediumkreislauf 15 angeschlossen ist.
-
Die Zufuhr des Arbeitsmediums aus dem externen Arbeitsmediumkreislauf 15 in den Arbeitsraum 3 erfolgt über die Arbeitsmediumzufuhr 16, hier durch Einleiten des Arbeitsmediums in eine Fangrinne 16a, aus welcher das Arbeitsmedium gefördert durch Fliehkraft über Bohrungen 16b in den Arbeitsraum 3 beziehungsweise die dort vorherrschende Kreislaufströmung des Arbeitsmediums strömt. In den Bohrungen 16b können beispielsweise Düsenschrauben vorgesehen sein, welche die Menge des durchtretenden Arbeitsmediums und damit zusammen mit dem Füllungsgrad des Arbeitsraumes 3 die Umlaufmenge im externen Arbeitsmediumkreislauf 15 bestimmen.
-
Mittels einer in das Gehäuse 6 der hydrodynamischen Kupplung hineinragenden Staudruckpumpe 22 wird Arbeitsmedium aus einem Nebenraum 23, dessen Füllstand mit dem Füllstand im Arbeitsraum 3 korrespondiert, weil eine entsprechende Verbindung vorgesehen ist, abgeschöpft und über die Arbeitsmediumabfuhr 17 aus der hydrodynamischen Kupplung ausgeleitet.
-
Um Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumvorrat 21 in den externen Arbeitsmediumkreislauf 15 zu fördern, ist eine Pumpe 25 vorgesehen.
-
DieGehäuselager 7 und 8 sowie die Relativlager 10 und 11 werden mit Arbeitsmedium geschmiert. Hierfür zweigt eine Schmiermittelleitung 53 vom externen Arbeitsmediumkreislauf 15 beziehungsweise von der Druckseite der Pumpe 25 ab. Über diese Schmiermittelleitung 53 werden die Lager 7, 8, 10 und 11 mit Arbeitsmedium als Schmiermittel versorgt, wobei Ölzufuhrbohrungen 24, 27 im Gehäuse 6 vorgesehen sind. Aus den Lagern 7, 8, 10 und 11 strömt das Arbeitsmedium in den Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum 3.
-
Wenn der Füllungsgrad des Arbeitsraums 3 erhöht werden soll, wird über das Füllventil 19 zusätzlich Arbeitsmedium aus dem Arbeitsmediumvorrat 21 in den externen Arbeitsmediumkreislauf 15 geleitet, wie zuvor dargestellt. Insbesondere istdas Entleerventil 20 dabei geschlossen. Wenn der Füllungsgrad des Arbeitsraumes 3 vermindert werden soll, wird über das Entleerventil 20 mehr Arbeitsmedium aus dem externen Arbeitsmediumkreislauf 15 abgeleitet als über das Füllventil 19 aus dem Arbeitsmediumvorrat 21 zugeführt wird. In diesem Fall kann das Füllventil 19 geschlossen sein beziehungsweise auf Tank, das heißt in Richtung des Arbeitsmediumvorrats 21, geschaltet sein.
-
In der 2a ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung dargestellt, bei welcher die mit dem Pumpenrad 1 verbundene Antriebswelle 4 über ein Lager 7 in einer Stirnseite 12 des Gehäuses 6 und ein Relativlager 11, das im Bereich des freien Endes des Pumpenrads 1 beziehungsweise der mit diesem umlaufenden Pumpenradschale 26 angeordnet ist, auf der Abtriebswelle 5 gelagert ist. Die Abtriebswelle 5 trägt das Turbinenrad 2, wobei Pumpenrad 1 und Turbinenrad 2 nur jeweils mit ihren radial inneren Anschlussbereichen dargestellt sind, sodass die den Arbeitsraum 3 ausbildenden beschaufelten Bereiche nicht erkennbar sind.
-
Beim gezeigten Kupplungstyp handelt es sich um einen sogenannten Außenradantrieb, da das Turbinenrad 2 vom Pumpenrad 1 zusammen mit der Pumpenradschale 26, die sozusagen ein inneres Gehäuse der hydrodynamischen Kupplung ausbildet, das umläuft, umschlossen wird.
-
Die Abtriebswelle 5 und damit das Turbinenrad 2 sind am abtriebsseitigen Ende mit einem Lager 8 im Gehäuse 6 gelagert, nämlich in der Stirnseite 13. Am entgegengesetzten Ende ist die Abtriebswelle 5 mit dem Relativlager 10 an der Antriebswelle 4, hier innerhalb der Antriebswelle 4, die an ihrem abtriebsseitigen Ende als Hohlwelle ausgeführt ist, gelagert. Das andere Relativlager 11 zwischen der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 5 hingegen befindet sich bevorzugt in Axialrichtung zwischen den beiden Stirnseiten 12, 13 des Gehäuses, hier im Bereich der axialen Mitte 14.
-
Auch bei der Gestaltung gemäß der 2a wird innerhalb der Pumpenradschale 26 ein Nebenraum 23 gebildet, aus welchem das Arbeitsmedium mittels einer hier nicht dargestellten Staudruckpumpe abgeschöpft werden kann. Insbesondere kommt die in der 1 gezeigte Füllungssteuerung in Betracht, ebenfalls bei den weiteren nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen.
-
Die beiden Läuferteile - Antriebswelle 4 mit allen mit dieser umlaufenden Bauteilen und Abtriebswelle 5 mit allen mit dieser umlaufenden Bauteilen - weisen somit gemeinsam zwei Relativlagerungen auf. Gleichzeitig ist der komplette Läufer, das heißt die Einheit aus allen umlaufenden Bauteilen, in den beiden gehäusefesten Lagern 7, 8 gelagert. Eine solche Lagerung kommt sowohl bei der in 2a gezeigten Ausführungsform als Monokupplung als auch bei der in der 3 gezeigten Ausführungsform als Doppelkupplung in Betracht.
-
Alle Lager 7, 8 im Gehäuse 6 und die Relativlager 10, 11 können mit Arbeitsmedium geschmiert werden. Hierzu sind entsprechende Ölzufuhrbohrungen 24, 27 im Gehäuse 6 vorgesehen. In der 2b sind die Ölzufuhrbohrungen 27 im Gehäuse 6 für das Lager 8 und das Lager 11 (siehe die 2a) dargestellt. Mit 54 und 55 sind in der 1 Ablaufbohrungen für das aus den entsprechenden Lagern austretende Arbeitsmedium bezeichnet.
-
Das antriebsseitige Relativlager 10 liegt direkt radial innerhalb des antriebsseitigen Gehäuselagers 7, das heißt das Lager 7 und das Relativlager 10 liegen in einer gemeinsamen Radialebene. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird das Relativlager 10 vollständig über seiner gesamten axialen Länge vom Lager 7 im Gehäuse 6 umschlossen. Durch diese Anordnung entstehen keine zusätzlichen Radialbelastungen, insbesondere kein Kippmoment auf die Antriebswelle 4, weil sich keine Hebelwirkung in der Verbindung des Lagerinnenringes des Lagers 7 und des Lageraußenringes des Relativlagers 10 ergibt.
-
Um auch das Relativlager 10 mit Arbeitsmedium beziehungsweise Schmieröl aus der Ölzufuhrbohrung 24 versorgen zu können, ist auch in der Antriebswelle 4 wenigstens eine Ölzufuhrbohrung 28 vorgesehen, die eine leitende Verbindung zwischen der Ölzufuhrbohrung 24 und dem Relativlager 10 herstellt.
-
Zur Abdichtung der Ölzufuhrbohrungen 24, 28 sind bevorzugt Spaltdichtungen zwischen Gehäuse 6 und Antriebswelle 4 in Axialrichtung beidseitig der Mündung der Ölzufuhrbohrung 24 beziehungsweise der Ölzufuhrbohrung 28 vorgesehen, beispielsweise in Form von Kolbenringen.
-
Das Pumpenrad 1 ist mittels eines Druckringes 29 stirnseitig an der Antriebswelle 4 angeschraubt. Der Druckring 29 hat einen kleineren Innendurchmesser als der Innendurchmesser des Außenringes des Relativlagers 10. Durch diese Maßnahme ist eine dauerhafte Schmierung des Relativlagers 10 sichergestellt, auch wenn kurzzeitig kein Öl gefördert wird. Über diesen Druckring 29 erfolgt auch der laufende Ölabfluss, sodass das Relativlager 10 nicht überflutet ist.
-
Das Relativlager 10 ist als Loslager ausgeführt. Der Bund in der Abtriebswelle 5 dient zur Fixierung des Lagerinnenringes. Der Lageraußenring ist an einem gegenüberstehenden Bund der Antriebswelle 4 fixiert. Damit ist keine weitere Fixierung notwendig.
-
Die abtriebsseitige Relativlagerung 11, die jedoch zur Lagerung der Antriebswelle 4 auf der Abtriebswelle 5 dient, weist einen Lagerhaltering 30 auf, der in das abtriebsseitige Ende des Läufers, das heißt in die Pumpenradschale 26 eingeschraubt ist. Wenn der Lagerhaltering 30 aus einem Eisenwerkstoff hergestellt wird und in den Läufer aus Aluminium geschraubt wird, wird auch bei Temperaturdehnung ein sicherer Sitz erreicht.
-
Der Lagerhaltering 30 weist bevorzugt einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Außenrings des Relativlagers 11. Durch diese Maßnahme ist eine dauerhafte Schmierung des Relativlagers 11 sichergestellt, auch wenn kurzzeitig kein Öl gefördert wird. Über diesen Lagerhaltering 30 erfolgt auch der laufende Ölabfluss, sodass das Lager nicht überflutet ist.
-
Die Schmierung des Relativlagers 11 erfolgt über eine axiale Düse 56 im Gehäuse 6, die wellennah in das Relativlager 11 spritzt.
-
Eine solche axiale Düse 57 kann auch in der gezeigten Ölzufuhrbohrung 27 zur Schmierung des Lagers 8 in der Stirnseite 13 des Gehäuses 6 vorgesehen sein. Beide axiale Düsen 56, 57 können aus demselben Ölkanal bedient werden. Die erforderlichen Ölmengen können mittels Blenden aufeinander abgestimmt werden.
-
Der Ölabfluss aus dem Lager 8 im Gehäuse ist durch eine oder mehrere Bohrungen 31 ausgeführt, die unterhalb des Lagers 8 im Gehäuse 6 positioniert sind. Die Bohrungen 31 sind winklig versetzt zur Radialebene, damit ein geringer Ölsumpf vorhanden ist und das Lager nicht ohne Schmierung ist. Das Lager 8 ist als Festlager ausgeführt und fixiert die Abtriebswelle 5 und damit das Turbinenrad 2 im Gehäuse 6.
-
Das antriebsseitige Lager 7 im Gehäuse ist als Loslager ausgeführt, auch hier ist zur Schmierung eine axiale Düse 32 im Gehäuse 6 vorgesehen. Wie dargestellt, dient der gleiche Ölkanal (Ölzufuhrbohrung 24) auch zur Schmierung des antriebsseitigen Relativlagers 10. Auch hier können die erforderlichen Ölmengen mittels Blenden/Düsen aufeinander abgestimmt werden.
-
Der Ölabfluss erfolgt maßgeblich über das Lager 7 in die Überlaufrinne 58 des Pumpenrades 1. Bei Teilfüllung des Arbeitsraumes 3 strömt das Arbeitsmedium aus dem Lager 7 in den Arbeitsraum 3 (die Überlaufrinne 58 ist über Bohrungen 59 mit dem Arbeitsraum 3 verbunden). Im Nennbetrieb läuft das Arbeitsmedium aus der Überlaufrinne 58 in den mit 60 bezeichneten Teil des Gehäuses 6.
-
Die Ausgestaltung gemäß der 3 entspricht jener der 2a mit dem einzigen Unterschied, dass zwei Arbeitsräume 3 zur Ausbildung einer Doppelkupplung vorgesehen sind. Dementsprechend sind zwei Turbinenräder 2 auf der Abtriebswelle 5 befestigt. Ferner sind zwei Pumpenräder 1 auf der Antriebswelle 4 befestigt. Im Übrigen wird auf das zur 2a Ausgeführte verwiesen.
-
Bei der Ausgestaltung gemäß der 4 werden die entsprechenden Bezugszeichen für die entsprechenden Bauteile verwendet. Abweichend zu den vorherigen Ausgestaltungen ist ein einziges Relativlager 10 vorgesehen. Mit dem Relativlager 10 ist die Abtriebswelle 5 in der Antriebswelle 4 gelagert ist. Das Relativlager 10 ist als gepaartes Schrägkugellager in X-Anordnung ausgeführt, was jedoch nicht zwingend ist. Das Relativlager 10 wird über eine Düse, die in eine Fangrinne der Antriebswelle 4 spritzt, mit Arbeitsmedium, insbesondere Öl, versorgt. Die Düse wird bevorzugt aus demselben Ölkanal versorgt wie die Düse für die Schmierung der antriebsseitigen Gehäuselagerung, das heißt des Lagers 7. Auch hier können die erforderlichen Mengen mittels Blenden und/oder Düsen aufeinander abgestimmt werden.
-
Bevorzugt wird ein Lagerhaltering 30 mit der Antriebswelle 4 verschraubt. Der Lagerhaltering 30 ist beispielsweise aus einem Eisenwerkstoff hergestellt, die Antriebswelle 4 aus Aluminium, oder bevorzugt ebenfalls aus einem Eisenwerkstoff wie Stahl. Damit kann eine Sitzänderung des Lagers auch bei Temperaturdehnung vermieden werden.
-
Der Ölabfluss erfolgt bevorzugt aus dem Relativlager 10 über die der Zufuhr abgewandten Seite in den Arbeitsraum 3 der hydrodynamischen Kupplung.
-
Das Relativlager 10 kann als Festlager ausgeführt sein und die relativ drehenden Läuferteile, das heißt die Antriebswelle 4 und die Abtriebswelle 5 beziehungsweise die mit diesen umlaufenden Bauteile, axial fixieren.
-
Das Pumpenrad 1 und das Turbinenrad 2 können, wie dargestellt, axial mit einem Druckring 29 an der Antriebswelle 4 beziehungsweise der Abtriebswelle 5 befestigt, insbesondere verschraubt, sein. Der Druckring 29 des Pumpenrads 1 kann dabei zugleich den Lagerhaltering 30 ausbilden.
-
Die Antriebswelle 4 wird durch die Lager 7 und 9 im Gehäuse 6 gelagert, die Abtriebswelle 5 durch das Lager 8. Somit sind zwei Gehäuselager und damit ein Gehäuselager mehr als bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen vorgesehen.
-
Das zusätzliche Lager 9 im Gehäuse 6 ist hier im Bereich der axialen Mitte 14 zwischen den beiden Stirnseiten 12, 13 des Gehäuses 6 vorgesehen. Die Lager 7, 8 sind wiederum in den Stirnseiten 12, 13 vorgesehen.
-
Über das Lager 9 im Gehäuse 6 stützt sich der Läufer mit dem Pumpenrad 1 beziehungsweise die Pumpenradschale 26 auf einer radial äußeren Oberfläche des Gehäuses 6 ab. Das Lager 9 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Zylinderrollenlager und als Loslager ausgeführt.
-
Der Lagerring des Lagers 9 kann aus einem Eisenwerkstoff hergestellt sein und mit der Pumpenradschale 26 und damit der Antriebswelle 4 verschraubt sein. Die Pumpenradschale 26 ist wiederum bevorzugt aus Aluminium hergestellt. Durch die verschiedenen Werkstoffe werden wieder unerwünschte Einwirkungen einer Temperaturdehnung vermieden, die den Sitz des Lagers 9 verändern könnten.
-
Die Schmierung des Lagers 9 erfolgt bevorzugt über eine axiale Düse im Gehäuse 6, die wellennah in das Lager 9 spritzt. Der Ölabfluss aus dem Lager 9 erfolgt wiederum auf der gegenüberliegenden Seite.
-
Das Lager 7 in der Stirnseite 12 des Gehäuses 6 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Loslager ausgeführt und auch hier kann die Schmierung wieder über eine axiale Düse im Gehäuse 6 erfolgen. Derselbe Ölkanal kann auch zur Schmierung des Relativlagers 10 dienen und die erforderlichen Ölmengen können mittels Blenden aufeinander abgestimmt werden. Siehe hierzu auch die 8.
-
Der Ölabfluss beziehungsweise allgemein Schmiermittel- oder Arbeitsmediumabfluss aus dem Lager 7 erfolgt über eine Labyrinthdichtung und eine Ölablaufbohrung, die von der Labyrinthdichtung zurück ins Gehäuse 6 führt.
-
Das Lager 8 in der Stirnseite 13 ist bevorzugt als doppelreihiges Schrägkugellager, auch als gepaartes Schrägkugellager bezeichnet, ausgeführt. Vorliegend ist wieder eine X-Anordnung der beiden Lagerreihen gewählt. Die Lagerschmierung kann radial über einen Zwischenring zwischen den Außenringen der Schrägkugellager erfolgen.
-
Der Ölabfluss erfolgt bevorzugt durch weiter unten angeordnete Bohrungen, die beidseitig außerhalb der einander abgewandten axialen Enden der Schrägkugellager positioniert sind und die verhindern, dass das Lager überflutet wird. Die Bohrungen sind bevorzugt winklig versetzt zur Radialebene, damit ein geringer Ölsumpf sichergestellt ist und das Lager 8 nicht ohne Schmierung verbleibt.
-
Das Lager 8 kann als Festlager ausgeführt sein und die Abtriebswelle 5 und den damit verbundenen Läufer im Gehäuse 6 axial fixieren.
-
In der 5 sind vorteilhafte Einzelheiten der Abdichtung des Durchtritts der Abtriebswelle 5 durch das Gehäuse 6 gezeigt, und zwar anhand der Ausgestaltung der hydrodynamischen Kupplung gemäß der 4.
-
Entsprechende Merkmale könnten jedoch auch bei anderen Gestaltungen vorgenommen werden, beispielsweise bei einer Ausgestaltung gemäß der 2 und 3.
-
Die 6 und 7 zeigen in der Umfangsrichtung der Abtriebswelle 5 versetzt zur 5 angeordnete Schnittdarstellungen mit weiteren Einzelheiten.
-
Die 8 zeigt eine vorteilhafte Abdichtung der Antriebswelle 4 durch das Gehäuse 6, sowie die Schmiermittelzufuhr zu dem Lager 8. Die 9 und 10 zeigen entsprechend vorteilhafte Einzelheiten, wiederum in Axialschnitten, die gegenüber der Schnittdarstellung in der 8 in Umfangsrichtung versetzt positioniert sind, wobei die Labyrinthentlastungen erkennbar sind.
-
In den 5 bis 10 werden für sich entsprechende Bauteile die Bezugszeichen aus den 1 bis 4 verwendet.
-
Die Abdichtung der Antriebswelle 4 und der Abtriebswelle 5 durch das Gehäuse 6 erfolgt vorteilhaft durch mehrstufige Labyrinthe. Bevorzugt weist jede Stufe eine eigene Druckentlastung auf, sodass das Arbeitsmedium, insbesondere Öl, abgeführt werden kann, ohne dass die Druckverhältnisse einer Stufe des Labyrinths den Druck der nächsten Stufe des Labyrinths beeinflussen.
-
Anhand der 5 ist für die stirnseitige Abdichtung des Lagers 8 im Gehäuse 6 im Bereich der Stirnseite 13 des Gehäuses 6 eine dreistufige Labyrinthdichtung gezeigt. Die erste Labyrinthstufe ist mit 33 bezeichnet, die zweite Labyrinthstufe ist mit 34 bezeichnet und die dritte Labyrinthstufe ist mit 61 bezeichnet. Die entsprechenden Labyrinthstufen 33, 34 und 61 erkennt man auch in den 6 und 7.
-
In allen drei Labyrinthstufen 33, 34 und 61 erfolgt eine Umlenkung des durchtretenden Arbeitsmediumstromes von mehr als 180°. Wie sich aus der nachfolgenden Darstellung ergibt, wird diese Umlenkung in der ersten Labyrinthstufe 3 jedoch nur durch eine Schleuderscheibe 35 erreicht, ohne dass weitere Dichtspitzen in dieser Stufe vorgesehen sind. In der zweiten Labyrinthstufe 34 und in der dritten Labyrinthstufe 61 hingegen ist nicht nur jeweils eine Schleuderscheibe vorgesehen, sondern es sind auch Dichtspitzen vorgesehen, die eine Querschnittsreduzierung des abzudichtenden Spaltes, insbesondere bis auf Null oder nahezu auf Null, und ferner eine Umlenkung des Arbeitsmediumstromes bewirken. Insofern könnte die erste Labyrinthstufe 33 auch als Vorstufe bezeichnet werden, die zweite Labyrinthstufe 34 stellt dann entsprechend die erste Labyrinthstufe und die dritte Labyrinthstufe 61 die zweite Labyrinthstufe dar, wenn nur Stufen mit Dichtspitzen als vollständige Labyrinthstufe angesehen werden. Im Nachfolgenden wird jedoch die „Vorstufe“ bereits als erste Labyrinthstufe bezeichnet.
-
Die erste Labyrinthstufe 33 nimmt aus dem Lager 8 austretendes Arbeitsmedium auf. Die erste Labyrinthstufe weist eine erste Schleuderscheibe 35 auf, die unmittelbar neben dem abtriebsseitigen Ende des Lagers 8 auf der Abtriebswelle 5 positioniert ist und mit der Abtriebswelle 5 umläuft. Zwischen der Stirnseite des Lagers 8 und der ersten Schleuderscheibe 35 verbleibt ein Spalt, der aus dem Lager 8 austretendes Arbeitsmedium aufzunehmen vermag, sodass das Arbeitsmedium von der Schleuderscheibe 35 erfasst wird. Bei einer anderen Ausgestaltung kann anstelle der Schleuderscheibe 35 eine feststehende, das heißt nicht umlaufende Scheibe vorgesehen sein, die den Arbeitsmediumabfluss aus dem Lager 8 reduziert. Insbesondere ist eine solche Scheibe dann anliegend am Lageraußenring des Lagers 8 vorgesehen, da dieser ortsfest im Gehäuse 6 positioniert ist, und mit Abstand zum umlaufenden Lagerinnenring.
-
Im dargestellen Fall wird beispielsweise die erste Schleuderscheibe 35 durch eine auf der Abtriebswelle 5 aufgeschraubte Mutter 36 oder ein anderes geeignetes Element gehalten.
-
Arbeitsmedium, das aus dem Lager 8 in Axialrichtung auf die erste Schleuderscheibe 35 auftrifft, wird radial nach außen geschleudert und kann in der in Radialrichtung gegenüberstehenden ersten Fangrinne 37 aufgefangen werden. Diese erste Fangrinne 37 ist beispielsweise in den 6 und 7 ersichtlich. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist sie in einem in das Gehäuse 6 eingefügten, insbesondere eingeschraubten, Deckel 38, der die Abtriebswelle 5 im Bereich der Stirnseite 13 umschließt, eingebracht. Zur Entlastung der ersten Labyrinthstufe 33 ist ein Ablauf 62 vorgesehen, der aus der 4 ersichtlich ist. Der Ablauf 62 ist als Bohrung in dem Gehäuse 6 eingebracht und führt das Arbeitsmedium zurück in das Innere des Gehäuses 6.
-
Auch die Mutter 36 beziehungsweise ein entsprechendes Halteelement auf der dem Lager 8 abgewandten Seite der ersten Schleuderscheibe 35 kann einen Bund oder radialen Vorsprung 39 aufweisen, der über die erste Schleuderscheibe 35 überströmendes Arbeitsmedium radial nach außen zur ersten Fangrinne 37 leitet.
-
Der Deckel 38 weist bevorzugt einen radial nach innen vorstehenden Bund 40 auf, der ebenfalls austretendes Öl zurückhält, sodass dieses durch die erste Fangrinne 37 oder eine andere geeignete Ablauföffnung (hier den Ablauf 62 in der 4) ablaufen kann.
-
Die zweite Labyrinthstufe 34 und die dritte Labyrinthstufe 61 werden durch einen gestuften Dichtring 41 auf der Abtriebswelle 5 gebildet, der mit der Abtriebswelle 5 umläuft und gegen den Deckel 38, der stationär ist, abdichtet. Auch der gestufte Dichtring 41 kann eine Schleuderscheibe, die zweite Schleuderscheibe 42, aufweisen, sowie weitere radial und/oder axial ausgerichtete Dichtspitzen 43, 44, 45, die mit entsprechend radial und/oder axial gegenüberstehenden Dichtspitzen 46, 47 im stationären Deckel 38 ein Labyrinth zur Spaltabdichtung zwischen der Abtriebswelle 5 und dem Gehäuse 6 beziehungsweise dem eingesetzten Deckel 38 ausbilden. Die umlaufende radial nach innen stehende Dichtspitze 44 des gestuften Dichtrings 41, den man aufgrund seines Umlaufens auch als auch Schleuderring bezeichnen könnte, wirkt ebenfalls als Schleuderscheibe, und zwar als Schleuderscheibe der dritten Labyrinthstufe 61. Alle umlaufenden Dichtspitzen beziehungsweise Schleuderscheiben der zweiten Labyrinthstufe 34 und der dritten Labyrinthstufe 61 können einteilig durch den gestuften Dichtring 41 ausgebildet werden.
-
In Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter der zweiten Schleuderscheibe 42 ist eine Ablaufrinne 48 im Deckel 38 vorgesehen, über welche über die zweite Schleuderscheibe 42 übertretendes Arbeitsmedium ablaufen kann und über eine entsprechende Bohrung 49 im Deckel 38 beziehungsweise Gehäuse 6 zurück in das Gehäuseinnere beziehungsweise den Sumpf oder Arbeitsmediumvorrat unten im Gehäuse 6 geleitet werden kann.
-
Das Ablaufen des Schmiermittels (Arbeitsmediums) über die Ablaufrinne 48 wird durch die in den 6 und 7 besondere Gestaltung der Kontur des Deckels 38 mit einem Bund 50 und einer zunächst in Axialrichtung und dann radial nach außen gerichteten Dichtspitze 46 begünstigt.
-
Selbst wenn Schmiermittel über diese Dichtspitze 46 hinweg strömt, so ist vor der letzten Dichtspitze 47 ein weiterer Bund 51 im Deckel 38 vorgesehen, der Schmiermittel in die Bohrung 49 leitet. Hinter der letzten Dichtspitze 47 sollte daher der Dichtspalt in jedem Betriebszustand trocken sein.
-
Der abtriebsseitig der letzten Dichtspitze 47 vorgesehene Filzring 52 dient als Staubschutz. Dieser Filzring 52 ist bevorzugt nicht umlaufend im Deckel 38 beziehungsweise Gehäuse 6 eingesetzt.
-
Somit ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in den 4 bis 7 in jeder Labyrinthstufe 33, 34 und 61 beziehungsweise - bei Betrachtung mit einer Vorstufe - in der Vorstufe (33) und der ersten Labyrinthstufe (34) sowie der zweiten Labyrinthstufe (61) jeweils eine Schleuderscheibe vorgesehen, gefolgt von einer Prallwand, gegen welche das Arbeitsmedium geleitet wird. Damit wird eine besonders zuverlässige Abdichtung erreicht.
-
Der Zulauf des Arbeitsmediums zum Lager 8 ist in der 5 wiederum anhand einer Ölzufuhrbohrung 27 im Gehäuse 6 dargestellt. Der maßgebliche Ablauf, das heißt der Hauptablauf für das Arbeitsmedium aus dem Lager 8, wird durch die Ablaufbohrung 55 sichergestellt, die hier wiederum in Axialrichtung neben dem Lager 8 mündet.
-
Auch bei dem in den 8 bis 10 dargestellten antriebsseitigen Lager 7 ist eine mehrstufige, hier wieder zweistufige Labyrinthdichtung mit Vorstufe beziehungsweise dreistufige Labyrinthdichtung vorgesehen, mit einer ersten Labyrinthstufe 33 und einer in Richtung zur Umgebung der hydrodynamischen Kupplung folgenden zweiten Labyrinthstufe 34, sowie einer sich anschließenden dritten Labyrinthstufe 61. Jede Labyrinthstufe 33, 34, 61 weist eine Schleuderscheibe auf, siehe die erste Schleuderscheibe 35 in Axialrichtung unmittelbar neben dem Lager 7, die eingangs der zweiten Labyrinthstufe 34 vorgesehene zweite Schleuderscheibe 42 und die durch die Dichtspitze 44 ausgebildete dritte Schleuderscheibe der dritten Labyrinthstufe 61.
-
Auch hier ist eine Mutter 36, bevorzugt mit einem radialen Vorsprung 39, analog der Ausführung in den 5 bis 7, vorgesehen.
-
Entsprechend der vorherigen Darstellungen schleudert die erste Schleuderscheibe 35 Arbeitsmedium in die erste Fangrinne 37, wohingegen über die zweite Schleuderscheibe 42 übertretendes Arbeitsmedium in die Ablaufrinne 48 und über die Bohrung 49 im Deckel 38 und Gehäuse 6 abgeleitet wird.
-
Der gestufte Dichtring 41 weist wiederum entsprechende axial und/oder radial ausgerichtete Dichtspitzen 43, 44, 45 auf, die mit axial und/oder radial ausgerichteten Dichtspitzen 46, 47 im Deckel 38 zusammenarbeiten, um ein Labyrinth auszubilden. Die radial ausgerichtete Dichtspitze 44, die mit dem beziehungsweise als Teil des Dichtringes 41 umläuft, bildet, wie dargelegt, die dritte Schleuderscheibe.
-
Bezüglich Bund 50, Bund 51 und Filzring 42 wird auf die obigen Darstellungen verwiesen.
-
Aus der Darstellung in den 2 und 3 ergibt sich, dass hier auf der Antriebsseite vor dem Labyrinth keine weitere Ablaufmöglichkeit für das Arbeitsmedium aus dem Lager beziehungsweise aus der Ölzufuhr vorgesehen ist, da hier, wie zuvor beschrieben, eine Spaltdichtung den Arbeitsmediumzutritt in das Labyrinth drosselt, sodass die relativ geringe eintretende Arbeitsmediummenge durch die Labyrinthstufen abgeführt werden kann.
-
Auf der Abtriebsseite wird das austretende Arbeitsmedium durch eine stehende Scheibe gedrosselt und in einen separaten Ablauf ins Gehäuse zurückgeführt, wobei der radial innerhalb der Scheibe befindliche Sprengring, der bevorzugt vorgesehen ist, auch als Schleuderscheibe wirkt und den Durchfluss reduziert.
-
Die Labyrinthdichtungen haben den Vorteil, dass sie zuverlässig und verschleißfrei arbeiten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pumpenrad
- 2
- Turbinenrad
- 3
- Arbeitsraum
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Gehäuse
- 7
- Lager im Gehäuse
- 8
- Lager im Gehäuse
- 9
- Lager im Gehäuse
- 10
- Relativlager
- 11
- Relativlager
- 12
- Stirnseite
- 13
- Stirnseite
- 14
- Mitte
- 15
- externer Arbeitsmediumkreislauf
- 16
- Arbeitsmediumzufuhr
- 16a
- Fangrinne
- 16b
- Bohrungen
- 17
- Arbeitsmediumabfuhr
- 18
- Arbeitsmediumkühler
- 19
- Füllventil
- 20
- Entleerventil
- 21
- Arbeitsmediumvorrat
- 22
- Staudruckpumpe
- 23
- Nebenraum
- 24
- Ölzufuhrbohrung
- 25
- Pumpe
- 26
- Pumpenradschale
- 27
- Ölzufuhrbohrung
- 28
- Ölzufuhrbohrung
- 29
- Druckring
- 30
- Lagerhaltering
- 31
- Bohrung
- 32
- axiale Düse
- 33
- erste Labyrinthstufe
- 34
- zweite Labyrinthstufe
- 35
- erste Schleuderscheibe
- 36
- Mutter
- 37
- erste Fangrinne
- 38
- Deckel
- 39
- radialer Vorsprung
- 40
- Bund
- 41
- gestufter Dichtring
- 42
- zweite Schleuderscheibe
- 43
- Dichtspitze
- 44
- Dichtspitze
- 45
- Dichtspitze
- 46
- Dichtspitze
- 47
- Dichtspitze
- 48
- Ablaufrinne
- 49
- Bohrung
- 50
- Bund
- 51
- Bund
- 52
- Filzring
- 53
- Schmiermittelleitung
- 54
- Ablaufbohrung
- 55
- Ablaufbohrung
- 56
- axiale Düse
- 57
- axiale Düse
- 58
- Überlaufrinne
- 59
- Bohrungen
- 60
- Gehäuseteil
- 61
- dritte Labyrinthstufe
- 62
- Ablauf
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 202014006629 U1 [0002, 0004]
- DE 202014006625 U1 [0005]
- DE 102006031148 B3 [0007]
- DE 202014006627 U1 [0008]
