DE102016200898A1

DE102016200898A1 - Hydraulikantrieb, insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung

Info

Publication number: DE102016200898A1
Application number: DE102016200898.6A
Authority: DE
Inventors: Armando Coelho; Alfred Elsässer; Volker Kirschner; René Maguin; Thomas Riemay
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hydraulikantrieb (1), insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, – mit einem Gehäuse (2), – mit einem Turbinenrad (3), welches um eine Drehachse (D) drehbar in dem Gehäuse (2) gelagert ist und Flügel (4) aufweist, deren Flügeldurchmesser (d, d1, d2, d3) entlang der Drehachse (D) wenigstens abschnittsweise variiert, – mit wenigstens einer mit dem Turbinenrad (3) zusammenwirkenden Düse (5a–5c, 5d), in welcher Hydraulikflüssigkeit (6) führbar ist, derart, dass durch die aus der Düse (5a–5c, 5d) austretende Hydraulikflüssigkeit (6) das Turbinenrad (3) antreibbar ist, – wobei die wenigstens eine Düse (5a–5c, 5d) derart ausgebildet ist, dass ein Auftreffpunkt der aus der Düse (5a–5c, 5d) ausgetretenen Hydraulikflüssigkeit (6) auf den Flügeln (4) des Turbinenrads (3) entlang der Drehachse (D) des Turbinenrads (3) variierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulikantrieb, insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung.
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 ausgestattet 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.
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.
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.
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.
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 wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform eines Hydraulikantriebes bereitzustellen, die sich insbesondere durch eine kontrollierte Ölabfuhr und damit verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Ölnebelabscheideeinrichtung der oben genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Grundgedanke der Erfindung ist demnach, einen Hydraulikantrieb mit einem Turbinenrad auszustatten, dessen Flügel entlang der Drehachse des Turbinenrads einen variierenden Flügeldurchmesser aufweisen. Der erfindungsgemäße Hydraulikantrieb umfasst dabei wenigstens eine Düse, in welcher Hydraulikflüssigkeit derart geführt wird, dass die aus der Düse austretende Hydraulikflüssigkeit auf die Flügel des Turbinenrads trifft und auf diese zum Antreiben des Turbinenrads ein Drehmoment ausübt. Erfindungswesentlich ist dabei die Ausbildung der wenigstens eine Düse derart, dass ein Auftreffpunkt der aus der Düse ausgetretenen Hydraulikflüssigkeit auf den Flügeln des Turbinenrads entlang der Drehachse des Turbinenrads variierbar ist.
Erfindungsgemäß variiert der Durchmesser der Flügel entlang der Drehachse. Dies hat zur Folge, dass in Abhängigkeit vom Durchmesser der Flügel am momentan eingestellten Auftreffpunkt der Hydraulikflüssigkeit das von der Hydraulikflüssigkeit erzeugte, auf das Turbinenrad wirkende Drehmoment variiert werden kann. Dies erlaubt es, etwaig vorhandene Variationen im Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit auszugleichen und auf diese Weise für ein konstantes, auf das Turbinenrad wirkendes Drehmoment zu sorgen. Ebenso ist es möglich, durch entsprechende Ausrichtung der Düse auf einen Auftreffpunkt mit einem bestimmten Flügeldurchmesser das auf das Turbinenrad wirkende Antriebsmoment gezielt zu erhöhen oder zu verringern. Dies erlaubt eine Anpassung des Drehmoments an verschiedene äußere Betriebsparameter, was im Ergebnis mit einem verbesserten Wirkungsgrad des Hydraulikantriebs einhergeht.
Ein erfindungsgemäßer Hydraulikantrieb, insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, umfasst ein Gehäuse sowie ein Turbinenrad, welches um eine Drehachse drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Durch die Drehachse ist eine axiale Richtung des Turbinenrads definiert. Das Turbinenrad weist erfindungsgemäß Flügel auf, deren Flügeldurchmesser entlang der Drehachse wenigstens abschnittsweise variiert. Besagte Flügel können drehfest an einer Welle des Turbinenrads angeordnet sein. Durch eine Mittellängsachse der Welle kann dann die Lage besagter Drehachse definiert sein. Weiterhin umfasst der Hydraulikantrieb wenigstens eine mit dem Turbinenrad zusammenwirkende Düse, in welcher Hydraulikflüssigkeit führbar ist. Die Flügel des Turbinenrads sind dabei derart relativ zur wenigstens einen Düse angeordnet, dass die aus der Düse austretende Hydraulikflüssigkeit zum Antreiben des Turbinenrad auf dessen Flügel trifft. Die wenigstens eine Düse ist dabei erfindungsgemäß derart ausgebildet, dass der Auftreffpunkt der aus der Düse ausgetretenen Hydraulikflüssigkeit auf den Flügeln des Turbinenrads entlang der Drehachse des Turbinenrads variiert und somit verstellt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Flügel einen ersten axialen Abschnitt aufweisen, welcher entlang einer durch die Drehachse definierten axialen Richtung in wenigstens einen zweiten axialen Abschnitt übergeht. Ein im ersten axialen Abschnitt in radialer Richtung gemessener Flügeldurchmesser der Flügel ist dabei größer oder kleiner als ein im zweiten axialen Abschnitt in der radialen Richtung gemessener Flügeldurchmesser der Flügel im zweiten axialen Abschnitt. Auf diese Weise lässt sich die erfindungswesentliche Variation des Flügeldurchmessers entlang der Drehachse konstruktiv besonders einfach realisieren.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung geht der erste axiale Abschnitt der Flügel entlang der axialen Richtung mittels einer radialen Stufe in den zweiten axialen Abschnitt über. Dies erlaubt eine vorteilhafte Realisierung einer nicht-kontinuierlichen Variation des Flügeldurchmessers entlang der Drehachse.
Bei einer dazu alternativen Variante können die Flügel entlang der Drehachse konisch verjüngt ausgebildet sein. Dies erlaubt insbesondere die vorteilhafte Realisierung einer kontinuierlichen Zu- oder Abnahme des Flügeldurchmessers entlang der Drehachse.
Besonders zweckmäßig ist im Hydraulikantrieb für jeden axialen Abschnitt eine diesem axialen Abschnitt zugeordnete Düse vorgesehen. Die vorhandenen Düsen sind dabei derart ausgebildet, dass die aus einer bestimmten Düse austretende Hydraulikflüssigkeit im Bereich des dieser bestimmten Düse zugeordneten axialen Abschnitts der Flügel auf das Turbinenrad trifft. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass jeder Düse ein bestimmter axialer Abschnitt der Flügel zugeordnet wird, auf welchen die aus der Düse austretende Hydraulikflüssigkeit trifft.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung sind wenigstens zwei separate Düsen vorhanden. Jede vorhandene Düse weist dabei einen Düsenkanal mit einem jeweiligen Kanalquerschnitt auf, wobei die Kanalquerschnitte wenigstens zweier Düsenkanäle verschieden sind. Besagte Kanalquerschnitte sind dabei derart gewählt, dass diejenige Düse mit dem kleineren Kanalquerschnitt dem axialen Abschnitt des Turbinenrads mit dem größeren Flügeldurchmesser zugeordnet ist. Dies gilt insbesondere für den Spezialfall, dass genau zwei Düsen vorhanden sind. Sind mehr als zwei Düsen vorhanden, so erweist es sich als vorteilhaft, den Kanalquerschnitt der einzelnen Düsen derart festzulegen, dass die einzelnen Düsen mit zunehmendem Kanalquerschnitt den axialen Abschnitten der Flügel mit abnehmendem Flügeldurchmesser zugeordnet sind. Auch diese Maßnahme stellt einen besonders hohen Wirkungsgrad des Hydraulikantriebs sicher.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform, die problemlos mit der vorangehend genannten Ausführungsform kombiniert werden kann, weist der Hydraulikantrieb wenigstens zwei Düsen sowie eine Umschaltvorrichtung auf. Mittels der Umschaltvorrichtung sind die wenigstens zwei Düsen in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit jeweils fluiddicht verschließbar oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit freigegeben. Mit anderen Worten, die Umschaltvorrichtung erlaubt es, einzelne Düsen wahlweise zu verschließen oder zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit freizugeben. Auf diese Weise können die einzelnen Düsen individuell aktiviert oder deaktiviert werden. Erfolgt eine solche Aktivierung bzw. Deaktivierung in Abhängigkeit vom momentanen Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit, kann auf diese Weise der Wirkungsgrad des Hydraulikantriebs optimiert werden.
Besonders bevorzugt ist die Umschaltvorrichtung derart ausgebildet, dass genau eine Düse zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit freigegeben ist und alle anderen vorhandenen Düsen verschlossen sind, so dass sie nicht von Hydraulikflüssigkeit durchströmt werden können. Auf diese Weise kann, insbesondere in Abhängigkeit vom momentanen Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit, eine bestimmte Düse mit einem bestimmten Kanalquerschnitt aktiviert werden. Die Anwahl dieser bestimmten Düse in Abhängigkeit vom momentanen Hydraulikdruck geschieht vorzugsweise derart, dass diese einen Kanalquerschnitt aufweist und oder einem axialen Abschnitt des Flügelrads mit einem Flügelraddurchmesser zugeordnet ist, der mit einem optimierten Wirkungsgrad des Hydraulikantrieb beim momentanen Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit einhergeht.
Technisch besonders einfach und somit auch besonders kostengünstig realisieren lässt sich besagte Umschaltvorrichtung, indem diese mit einer Einlasskammer ausgestattet wird, welche fluidisch mit allen Düsen verbunden ist und über welche die Hydraulikflüssigkeit in die Düsen einleitbar ist. Bei dieser Variante ist in der Einlasskammer ein Verschlusselement beweglich gelagert, mittels welchem in Abhängigkeit von der Position des Verschlusselements die wenigstens zwei Düsen jeweils fluiddicht verschließbar oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit freigebbar sind. Besonders bevorzugt kann das Verschlusselement derart ausgebildet und in der Einlasskammer angeordnet sein, dass es genau eine Düse zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit freigibt und alle anderen Düsen fluiddicht verschließt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die wenigstens eine Düse zur Variation des Auftreffpunkts der aus der Düse austretenden Hydraulikflüssigkeit auf den Flügeln relativ zum Turbinenrad verstellbar ausgebildet. Eine solche Verstellbarkeit kann insbesondere derart realisiert sein, dass eine Auslassöffnung der Düse, über welche Hydraulikflüssigkeit ausgestoßen wird hinsichtlich ihrer Position und/oder Ausrichtung relativ zum Turbinenrad verstellt werden kann.
Besonders einfach herzustellen und mit wenig Bedarf an Bauraum verbunden ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform, gemäß welcher die Düse wenigstens abschnittsweise schwenkbar am Gehäuse gelagert ist. Mittels einer solchen schwenkbaren Lagerung kann voranstehend erwähnte Verstellbarkeit der Position der Auslassöffnung der Düse sowie ihrer Ausrichtung relativ zum Turbinenrad realisiert werden.
Zweckmäßig besitzt die Düse einen ortsfest zum Gehäuse angeordneten ersten Düsenabschnitt, an welchem zum Turbinenrad hin schwenkbar ein zweiter Düsenabschnitt anschließt. In besagtem zweitem Düsenabschnitt kann dann die Auslassöffnung vorgesehen sein.
Als konstruktiv besonders einfach zu realisieren erweist sich eine Ausführungsform, bei welcher der erste Düsenabschnitt als erster Rohrkörper und der zweite Düsenabschnitt als zweiter Rohrkörper ausgebildet sind. Bevorzugt ist dabei eine Variante, bei welcher die beiden Rohrkörper mechanisch starr ausgebildet sind. Zum Verstellen der Position und/oder Ausrichtung des zweiten Düsenabschnitts relativ zum Turbinenrad, sind die beiden Düsenabschnitte bzw. Rohrkörper mittels eines Verbindungsabschnitts aus einem flexiblen Material miteinander verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Hydraulikantrieb eine pneumatische Verstelleinrichtung auf, mittels welcher die Düse relativ zum Turbinenrad verstellbar ist. Eine solche Verstelleinrichtung kann einen, insbesondere pneumatischen oder elektrischen, Aktuator aufweisen, der zum Verstellen der Düse mit dieser verbunden ist. Besagter Aktuator kann wiederum mittels einer geeigneten elektrischen/elektronischen Steuerungseinheit gesteuert werden.
Alternativ zur Verwendung eines elektrischen Aktuators kann die pneumatische Verstelleinrichtung eine mechanisch mit der Düse gekoppelte Kopplungsvorrichtung umfassen, mittels welcher eine Position der Düse relativ zum Turbinenrad in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der durch die Düse strömenden Hydraulikflüssigkeit verstellt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Düse einen von Hydraulikflüssigkeit durchströmbaren Düsenkanal aufweisen, welcher fluidisch mit einer Hydraulikkammer der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Bei dieser Variante ist in der Hydraulikkammer ein mit der Hydraulikflüssigkeit zusammenwirkendes Kopplungselement der Kopplungsvorrichtung angeordnet. Besagtes Kopplungselement ist in der Hydraulikkammer in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit, vorzugsweise linear, verstellbar gelagert.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch,
1 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs mit drei Düsen und einem radial gestuft ausgebildetem Turbinenrad,
2–4 den Hydraulikantrieb der 1 in verschiedenen Betriebszuständen
5 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs mit nur einer Düse, die relativ zum Turbinenrad verstellbar ausgebildet ist,
6 eine Variante des Beispiels der 5, bei welcher die Düse mittels eines hydraulischen Aktuators verstellt werden kann,
7 eine weitere Variante der Beispiele der 1 bis 6 mit einem sich konisch verjüngenden Flügelrad.
1 zeigt ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Hydraulikantriebs 1 zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung. Diese umfasst ein in 1 nur ausschnittsweise dargestelltes Gehäuse 2 sowie
ein ebenfalls nur ausschnittsweise gezeigtes Turbinenrad 3, welches um eine Drehachse D drehbar in dem Gehäuse 2 gelagert ist und Flügel 4 aufweist. Durch die Drehachse D ist eine axiale Richtung A definiert. Wie 1 erkennen lässt, variiert der Flügeldurchmesser d der Flügel 4 entlang der axialen Richtung A und somit entlang der Drehachse D.
Im Beispiel der 1 umfasst der Hydraulikantrieb 1 drei Düsen 5a, 5b, 5c – in Varianten kann auch eine andere Anzahl an Düsen vorgesehen sein –, in welchen eine Hydraulikflüssigkeit 6 führbar ist und welche alle drei mit dem Turbinenrad 3 zusammenwirken. Dies geschieht derart, dass die aus den Düsen 5a, 5b, 5c austretende Hydraulikflüssigkeit 6 das Turbinenrad 3 antreibt.
Die Flügel 4 des Turbinenrads 3 weisen einen ersten axialen Abschnitt 7a auf, welcher entlang der axialen Richtung A in einen zweiten axialen Abschnitt 7b übergeht. Der zweite axiale Abschnitt 7b wiederum geht entlang der axialen Richtung A in einen dritten axialen Abschnitt 7c über.
Wie 1 anschaulich belegt, ist ein im ersten axialen Abschnitt 7a in einer radialen Richtung R gemessener Flügeldurchmesser d₁ der Flügel 4 größer als ein im zweiten axialen Abschnitt 7b in der radialen Richtung R gemessener Flügeldurchmesser d2 der Flügel 4. Der im zweiten axialen Abschnitt 7b in radialer Richtung R gemessene Flügeldurchmesser d₂ der Flügel 4 ist wiederum größer als der Flügeldurchmesser d₃ im dritten axialen Abschnitt 7c. In Varianten des Beispiels können weitere axiale Abschnitte mit jeweils unterschiedlichem Flügeldurchmesser d vorgesehen sein. Im Beispielszenario der 1 geht der erste axiale Abschnitt 7a der Flügel 4 entlang der axialen Richtung A mittels einer ersten radialen Stufe 8a in den zweiten axialen Abschnitt 7b über. Der zweite axiale Abschnitt 7b wiederum geht entlang der axialen Richtung A mittels einer zweiten radialen Stufe 8b in den dritten axialen Abschnitt 7c über.
Jedem der drei axialen Abschnitte 7a, 7b, 7c ist einer der drei Düsen 5a, 5b, 5c zugeordnet. Die Zuordnung erfolgt dabei derart, dass die aus der ersten Düse 5a austretende Hydraulikflüssigkeit 6 im Bereich des ersten axialen Abschnitts 7a auf die Flügel 4 des Turbinenrads 3 trifft, die aus der zweiten Düse 5b austretende Hydraulikflüssigkeit 6 im Bereich des zweiten axialen Abschnitts 7b, und die aus der dritten Düse 5c austretende Hydraulikflüssigkeit 6 im Bereich des dritten axialen Abschnitts 7c. Mit anderen Worten, für jeden axialen Abschnitt 7a, 7b, 7c ist eine diesem axialen Abschnitt zugeordnete Düse 5a, 5b, 5c vorhanden und derart ausgebildet, dass die aus einer bestimmten Düse 5a, 5b, 5c austretenden Hydraulikflüssigkeit 6 im Bereich des dieser bestimmten Düse 5a, 5b, 5c zugeordneten axialen Abschnitts 7a, 7b, 7c der Flügel 4 auf das Turbinenrad 3 trifft.
Jede der drei Düsen 5a, 5b, 5c weist einen Düsenkanal 9a, 9b, 9c mit einem jeweiligen Kanalquerschnitt q₁, q₂, q₃ auf. An einem dem Turbinenrad 3 zugewandten Längsende des jeweiligen Düsenkanals 9a, 9b, 9c ist eine Auslassöffnung 14a, 14b, 14c vorgesehen. Der Kanalquerschnitt q₁ der ersten Düse 5a ist dabei kleiner als der Kanalquerschnitt q₂ der zweiten Düse 5b, und der Kanalquerschnitt q₂ der zweiten Düse 5b ist wiederum kleiner als der Kanalquerschnitt q₃ der dritten Düse 5c. Die erste Düse 5a mit dem kleinsten Kanalquerschnitt q₁ ist also dem ersten axialen Abschnitt 7a mit dem größten Flügelraddurchmesser d₁ zugeordnet, die dritte Düse 5c mit dem größten Kanalquerschnitt q₃ dem dritten axialen Abschnitt 7c mit dem kleinsten Flügelraddurchmesser d₃. Mit anderen Worten, die Kanalquerschnitte q₁, q₂, q₃ wenigstens zweier Düsenkanäle 9a–9c weisen verschiedene Werte auf, und zwar derart, dass diejenige Düse 5a, 5b, 5c mit dem kleineren Kanalquerschnitt q₁, q₂, q₃ dem axialen Abschnitt 7a, 7b, 7c mit einem größeren Flügeldurchmesser der Flügel 4 zugeordnet ist.
Der Hydraulikantrieb 1 kann eine Umschaltvorrichtung 10 aufweisen, mittels welcher die Düsen 5a, 5b, 5c in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit 6 jeweils fluiddicht verschließbar sind oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit 6 freigegeben werden können.
Die Umschaltvorrichtung 10 besitzt hierzu eine fluidisch mit allen drei Düsen 5a–5c verbundene Einlasskammer 11 über welche die Hydraulikflüssigkeit 6 in die Düsen 5a–5c eingeleitet werden kann. In der Einlasskammer 11 ist ein Verschlusselement 12 beweglich gelagert. Vorzugsweise ist das Verschlusselement 12 linear verstellbar gelagert. Mittels des Verschlusselements 12 können die drei Düsen 5a–5c in Abhängigkeit von der Position des Verschlusselements 12 in der Einlasskammer 11 jeweils entweder fluiddicht verschlossen oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit 6 freigegeben werden.
Die Umschaltvorrichtung 10 kann einen ersten, einen zweiten und einen dritten Betriebszustand aufweisen. Die 2 zeigt den Hydraulikantrieb 1 mit der Umschaltvorrichtung 10 im ersten Betriebszustand, die 2 zeigt den Hydraulikantrieb 1 mit der Umschaltvorrichtung 10 im zweiten Betriebszustand, und die 3 zeigt den Hydraulikantrieb 1 mit der Umschaltvorrichtung 10 im dritten Betriebszustand.
In dem in 2 gezeigten, ersten Betriebszustand befindet sich das Verschlusselement 12 in einer ersten Position, in welcher die dritte Düse 5c mit dem größten Kanalquerschnitt q₃ vom Verschlusselement 12 zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit 6 aus der Einlasskammer 11 freigegeben ist. Demgegenüber sind die erste und die zweite Düse 5a, 5b verschlossen. In diesem Zustand wird Hydraulikflüssigkeit 6 über einen Einlass 13 in die Einlasskammer 11 eingeleitet und strömt durch den dritten Düsenkanal 9c. Über die an der dritten Düse 5c vorgesehene Auslassöffnung 14c tritt die Hydraulikflüssigkeit aus der dritten Düse aus und trifft auf den dritten axialen Abschnitt 7c der Flügel 4 des Turbinenrads 3.
In dem in 3 gezeigten, zweiten Betriebszustand befindet sich das Verschlusselement 12 in einer zweiten Position, in welcher die zweite Düse 5b mit dem mittleren Kanalquerschnitt q₂ vom Verschlusselement 12 zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit 6 aus der Einlasskammer 11 freigegeben ist, wohingegen die erste und die dritte Düse 5a, 5c verschlossen sind. In diesem Zustand wird Hydraulikflüssigkeit 6 über den Einlass 13 in die Einlasskammer 11 eingeleitet und strömt durch den zweiten Düsenkanal 9b der zweiten Düse 5b. Über die an der zweiten Düse 5b vorgesehene Auslassöffnung 14b tritt die Hydraulikflüssigkeit 6 aus der zweiten Düse 5b aus und trifft auf den zweiten axialen Abschnitt 7b der Flügel 4.
In dem in 4 gezeigten, dritten Betriebszustand befindet sich das Verschlusselement 12 in einer dritten Position, in welcher die erste Düse 5a mit dem kleinsten Kanalquerschnitt q₁ vom Verschlusselement 12 zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit aus der Einlasskammer 11 freigegeben ist. Die zweite und die dritte Düse 5b, 5c sind hingegen verschlossen. In diesem Zustand wird Hydraulikflüssigkeit 6 über den Einlass 13 in die Einlasskammer 11 eingeleitet und strömt durch den ersten Düsenkanal 9a der ersten Düse 5a. Über die an der ersten Düse 5a vorgesehene Auslassöffnung 14a tritt die Hydraulikflüssigkeit 6 aus der ersten Düse 5a aus und trifft auf den ersten axialen Abschnitt 7a der Flügel 4 des Turbinenrads 3.
Die Umschaltvorrichtung 10 des Hydraulikantriebs 1 kann also wie anhand des Beispielszenarios illustriert derart ausgebildet sein, dass genau eine Düse 5a–5c zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit 6 freigegeben ist und alle anderen im Hydraulikantrieb 1 vorhandenen Düsen 5a–5c verschlossen sind, so dass sie nicht von der Hydraulikflüssigkeit 6 durchströmbar sind.
Den 1 bis 4 entnimmt man weiterhin, dass die Umschaltvorrichtung 10 eine federelastische Vorspanneinrichtung 15 aufweisen kann, welche das Verschlusselement 12 in die in 4 gezeigte, dritte Position vorspannt. Die Vorspanneinrichtung 15 erzeugt eine entgegengesetzt zum Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit 6 wirkende Vorspannkraft. Mit zunehmendem Hydraulikdruck wird das Verschlusselement 12 von der dritten Position weg in die zweite Position (vgl. 3) und von dieser in die erste Position (vgl. 2) bewegt. Bei niedrigem Hydraulikdruck wird die Hydraulikflüssigkeit 6 also über die Düse 5c auf einen Auftreffpunkt an den Flügeln 4 mit kleinem Flügeldurchmesser geleitet, bei hohem Hydraulikdruck über die Düse 5a auf einen Auftreffpunkt mit geringem Flügeldurchmesser.
Die 5 zeigt ein weiteres, zweites Beispiel eines Hydraulikantriebs 1, bei welcher nur eine einzige Düse 5d verwendet wird, die ähnlich oder identisch zu den oben erläuterten Düsen 5a–5c ausgebildet sein kann. Auch die Düse 5d kann, in analoger Weise zu den Düsen 5a–5c, einen Düsenkanal 9d und eine Auslassöffnung 14d aufweisen.
Die Düse 5d kann zur Variation bzw. zum Einstellen des Auftreffpunkts der aus der Düse 5d austretenden Hydraulikflüssigkeit 6 relativ zum Turbinenrad 3 verstellt werden. Hierzu ist die Düse 5d schwenkbar am Gehäuse 2 gelagert. Im Beispiel der 5 besitzt die Düse 5d einen ortsfest zum Gehäuse 2 angeordneten ersten Düsenabschnitt 16a, an welchem zum Turbinenrad 3 hin ein zweiter Düsenabschnitt 16b anschließt. Der zweite Düsenabschnitt 16b ist dabei relativ zum ersten Düsenabschnitt 16a schwenkbar. Die Verstellung bzw. Schwenkung des zweiten Düsenabschnitts 16b kann mit Hilfe eines geeigneten, in 5 nur schematisch angedeuteten, insbesondere elektrischen oder mechanischen oder pneumatischen, Aktuators 17 erfolgen.
Die Verstellung der Düse 5d erfolgt derart, dass in Abhängigkeit von der eingestellten Verstellposition der Düse 5d der Düsenkanal 9d einschließlich der Auslassöffnung 14d derart variiert wird, dass die aus der Düse 5d austretende Hydraulikflüssigkeit 6 an dem gewünschten Auftreffpunkt, also insbesondere auf einem der drei axialen Abschnitte 7a–7c, auf den Flügen 4 des Turbinenrads 3 auftritt.
Gemäß 5 können der erste Düsenabschnitt 16a als mechanisch starrer erster Rohrkörper 18a und der zweite Düsenabschnitt 16b als mechanisch starrer zweiter Rohrkörper 18b realisiert sein. In diesem Szenario sind die beiden Düsenabschnitte 16a, 16b bzw. Rohrkörper 18a, 18b vorzugsweise mittels eines Verbindungabschnitts 19 aus einem flexiblen Material, besonders bevorzugt aus einem flexiblen Kunststoff, verbunden.
Die 6 zeigt eine Variante des Beispiels der 5, bei welcher der Hydraulikantrieb 1 eine pneumatische Verstelleinrichtung 20 aufweist, mittels welcher die Anordnung bzw. Ausrichtung der Düse 5d relativ zum Turbinenrad 3 verstellbar bzw. variierbar ist.
Die pneumatische Verstelleinrichtung 20 umfasst eine mechanisch mit der Düse 5d gekoppelte Kopplungsvorrichtung 21, mittels welcher eine Position der Düse 5d relativ zum Turbinenrad 3 in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck Hydraulikflüssigkeit 6 verstellbar ist. Hierzu ist der Düsenkanal 9d der Düse 5d über einen geeigneten Fluidpfad fluidisch mit einer Hydraulikkammer 22 der Verstelleinrichtung 20 verbunden. Im Beispiel der 6 ist dieser Fluidpfad als separate Rohrleitung 25 realisiert, welche den Düsenkanal 9d der Düse 5d mit der Hydraulikkammer 22 verbindet.
In der Hydraulikkammer 22 ist ein mit der Hydraulikflüssigkeit 6 zusammenwirkendes Kopplungselement 23 der Kopplungsvorrichtung 21 angeordnet. Das Kopplungselement 23 ist in der Hydraulikkammer 22, vorzugsweise linear, verstellbar gelagert, so dass dessen Position in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit 6 variiert werden kann. Die Verstelleinrichtung 20 folgt dem Wirkprinzip eines hydraulischen Aktuators, bei welchem die dem Turbinenrad 3 zuzuführende Hydraulikflüssigkeit 6 gleichzeig als Hydraulikmedium des hydraulischen Aktuators dient. Auch die Verstelleinrichtung 20 kann, in analoger Weise zur Umschaltvorrichtung 10 gemäß dem Beispiel der 1 bis 4, eine Vorspanneinrichtung 24 aufweisen, welche das Kopplungselement 23 und somit die Düse 5d zu seiner dritten Position hin (in 6 in gestrichelter Darstellung gezeigt) vorspannt. Die Vorspanneinrichtung 24 erzeugt eine entgegengesetzt zum Hydraulikdruck wirkende Vorspannkraft. Mit zunehmendem Hydraulikdruck wird das Kopplungselement 23 von der dritten Position weg in die zweite Position (in 6 gezeigt) und von dieser in die erste Position (in 6 in gestrichelter Darstellung gezeigt) bewegt.
Die 7 zeigt eine weitere Variante, bei welcher die Flügel 4 sich entlang der Drehachse D, also in axialer Richtung A, konisch verjüngen. Der in radialer Richtung R gemessene Durchmesser d der Flügel 4 nimmt also entlang der axialen Richtung A stufenlos und kontinuierlich zu. Die in 7 gezeigte Variante kann mit allen in den 1 bis 6 erläuterten Beispielen kombiniert werden.

Claims

Hydraulikantrieb (1), insbesondere zum Antreiben einer Pumpvorrichtung einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung, – mit einem Gehäuse (2), – mit einem Turbinenrad (3), welches um eine Drehachse (D) drehbar in dem Gehäuse (2) gelagert ist und Flügel (4) aufweist, deren Flügeldurchmesser (d, d₁, d₂, d₃) entlang der Drehachse (D) wenigstens abschnittsweise variiert, – mit wenigstens einer mit dem Turbinenrad (3) zusammenwirkenden Düse (5a–5c, 5d), in welcher Hydraulikflüssigkeit (6) führbar ist, derart, dass durch die aus der Düse (5a–5c, 5d) austretende Hydraulikflüssigkeit (6) das Turbinenrad (3) antreibbar ist, – wobei die wenigstens eine Düse (5a–5c, 5d) derart ausgebildet ist, dass ein Auftreffpunkt der aus der Düse (5a–5c, 5d) ausgetretenen Hydraulikflüssigkeit (6) auf den Flügeln (4) des Turbinenrads (3) entlang der Drehachse (D) des Turbinenrads (3) variierbar ist.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügel einen ersten axialen Abschnitt (7a) aufweisen, welcher entlang einer durch die Drehachse (D) definierten axialen Richtung (A) in wenigstens einen zweiten axialen Abschnitt (7b, 7c) übergeht, wobei ein im ersten axialen Abschnitt (7a) in radialer Richtung (R) gemessener Flügeldurchmesser (d₁) der Flügel (4) größer oder kleiner ist als ein im wenigstens einen zweiten axialen Abschnitt (7b, 7c) der Flügel (4).
Hydraulikantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste axiale Abschnitt (7a) der Flügel (4) entlang der axialen Richtung (A) mittels einer radialen Stufe (8a, 8b) in den wenigstens einen zweiten axialen Abschnitt (7b, 7c) übergeht.
Hydraulikantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Flügel (4) entlang der Drehachse (D), insbesondere konisch, verjüngen.
Hydraulikantrieb nach Anspruch einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden axialen Abschnitt (7a–7c) der Flügel (4) eine diesem axialen Abschnitt (7a–7c) zugeordnete Düse (5a–5c) vorhanden ist, derart ausgebildet, dass die aus einer bestimmten Düse (5a–5c) austretenden Hydraulikflüssigkeit (6) im Bereich des dieser bestimmten Düse zugeordneten axialen Abschnitts (7a–7c) der Flügel (4) auf das Turbinenrad (3) trifft.
Hydraulikantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei separate Düsen (5a, 5b, 5c) vorhanden sind und jede vorhandene Düse einen Düsenkanal (9a–9c) mit einem jeweiligen Kanalquerschnitt (q₁, q₂, q₃) aufweist, wobei die Kanalquerschnitte (q₁, q₂, q₃) wenigstens zweier Düsenkanäle (9a, 9b, 9c) verschieden sind, derart, dass diejenige Düse (5a, 5b, 5c) mit dem kleineren Kanalquerschnitt (q₁, q₂, q₃) dem axialen Abschnitt (7c, 7b, 7a) mit dem größeren Flügeldurchmesser (d₃, d₂, d₁) der Flügel (4) zugeordnet ist.
Hydraulikantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (1) wenigstens zwei Düsen (5a–5c) und eine Umschaltvorrichtung (10) aufweist, mittels welcher die wenigstens zwei Düsen (5a–5c) in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit (6) jeweils fluiddicht verschließbar oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit (6) freigegeben sind.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass genau eine Düse (5a–5c) zum Durchströmen mit Hydraulikflüssigkeit (6) freigegeben ist und alle anderen vorhandenen Düsen (5a–5c) verschlossen sind, so dass diese nicht von der Hydraulikflüssigkeit (6) durchströmbar sind.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltvorrichtung (10) eine fluidisch mit allen vorhandenen Düsen (5a–5c) verbundene Einlasskammer (11) aufweist, über welche die Hydraulikflüssigkeit (6) in die Düsen (5a–5c) einleitbar ist, wobei in der Einlasskammer (11) ein Verschlusselement (12) beweglich gelagert ist, mittels welchem in Abhängigkeit von der Position des Verschlusselements (12) die Düsen (5a–5c) jeweils fluiddicht verschließbar oder zum Durchströmen mit der Hydraulikflüssigkeit (6) freigebbar sind.
Hydraulikantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5d) zur Variation des Auftreffpunkts der aus der Düse (5d) austretenden Hydraulikflüssigkeit (6) auf den Flügeln (4) relativ zum Turbinenrad (3) verstellbar ausgebildet ist.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5d) schwenkbar am Gehäuse (2) gelagert ist.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5d) einen ortsfest zum Gehäuse (2) angeordneten ersten Düsenabschnitt (16a) aufweist, an welchem schwenkbar ein zweiter Düsenabschnitt (16b) anschließt.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Düsenabschnitt (16a) als, insbesondere starrer, erster Rohrkörper (18a) und der zweite Düsenabschnitt (16b) als, insbesondere starrer, zweiter Rohrkörper (18b) ausgebildet ist, wobei die beiden Rohrkörper (18a, 18b) zum Verstellen der Düse (5d) mittels eines Verbindungabschnitts (19) aus einem flexiblen Material miteinander verbunden sind.
Hydraulikantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikantrieb (1) eine pneumatische Verstelleinrichtung (20) aufweist, mittels welcher die wenigstens eine Düse (5d) relativ zum Turbinenrad (3) verstellbar ist.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die pneumatische Verstelleinrichtung (20) eine mechanisch mit der Düse (5d) gekoppelte Kopplungsvorrichtung (21) umfasst, mittels welcher eine Position der Düse (5d) relativ zum Turbinenrad (3) in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der durch die Düse (5d) strömenden Hydraulikflüssigkeit (6) verstellbar ist.
Hydraulikantrieb nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5d) einen von Hydraulikflüssigkeit (6) durchströmbaren Düsenkanal (9d) aufweist, welcher fluidisch mit einer Hydraulikkammer (22) der Verstelleinrichtung (20) gekoppelt ist, wobei in der Hydraulikkammer (22) ein mit der Hydraulikflüssigkeit (6) zusammenwirkendes Kopplungselement (23) der Kopplungsvorrichtung (21) angeordnet ist, welches in der Hydraulikkammer (22) in Abhängigkeit vom Hydraulikdruck der Hydraulikflüssigkeit (6) verstellbar gelagert ist.