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Die
Erfindung betrifft eine Leistungsübertragungseinheit, im Einzelnen
mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Leistungsübertragungseinheiten,
umfassend Anfahreinheiten mit hydrodynamischen Kupplungen mit zwei
rotierenden Schaufelrädern
in Form eines Primärrades
und eines Sekundärrades
sind in einer Vielzahl von Ausführungen
bekannt und werden in der Regel in Antriebssträngen zur Drehzahlwandlung genutzt.
Die Leistungsübertragung über der
Kupplung erfolgt dabei über
Strömungskräfte. Die
hydrodynamische Kupplung kann schaltbar sein, wobei diese Schaltbarkeit
durch Befüllung
und Entleerung realisiert werden kann. Die Befüllung hydrodynamischer Kupplungen
erfolgt bei zentrifugaler Durchströmung im Bereich des Innendurchmessers
des torusförmigen
Arbeitsraumes in den Spalt zwischen Primärrad und Sekundärrad und
bei Ausführungen
als Stellkupplungen über
eine Fangrinne am Pumpenrad oder in die Pumpenradschale. Bei zentripetaler Durchströmung wird
die Befüllung
im Bereich des Außendurchmessers
der Kupplung, insbesondere über den
dort vorliegenden Spalt zwischen Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad
von oben in den Arbeitsraum und bei Betrieb der Kupplung in den
sich in diesen einstellenden Arbeitskreislauf vorgenommen. Das Betriebsmittel
wird zu diesem Zweck um den Außenumfang
des Sekundärrades
geführt.
Um den Arbeitsraum sehr schnell zu befüllen und hohe Leistungsaufnahmewerte
zu erzielen, ist es jedoch erforderlich, das Betriebsmittel unter
Druck in den Arbeitsraum einzubringen und im Arbeitsraum zu halten, was
zusätzlicher
Vorkehrungen bedarf. Ein wesentliches Problem stellt dabei auch
die im Kernringraum, d.h. im eigentlichen Wirbelzentrum zwischen
Primärschaufelrad
und Sekundärschaufelrad,
befindliche Luft dar, welche einem schnellen Füllvorgang entgegenwirkt, da
die Luft nur langsam bei Rotation der Schaufelräder aufgrund der Fliehkraft
herausgetragen wird. Zur Lösung
dieses Problems ist eine Ausführung
mit Entlüftungskanälen in Entlüftungsschaufeln
in der Beschaufelung mindestens eines der Schaufelräder bekannt,
wobei die Entlüftungskanäle den Kernraum
mit einem Austritt aus dem Schaufelrad verbinden und die Luft von
dort über
entsprechende Kanäle
abgeführt
wird. Dabei gestaltet sich insbesondere bei Anfahreinheiten mit
wahlweise möglicher
zentripetaler und zentrifugaler Durchströmung der Kupplung und Steuerung
der Verhältnisse, insbesondere
der Durchströmungsrichtung über den Auslassdruck
die Abfuhr problematisch, da diese Ausführungen durch ein rotierendes
Gehäuse
in Form der das Sekundärschaufelrad
unschließenden Pumpenradschale
charakterisiert sind und für
die Anordnung der Verbindungskanäle
ein einfacher Weg gefunden werden muss, wobei auf die Anschlussmöglichkeiten
an einem nachgeordneten Getriebe zu achten ist.
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Aus
der Druckschrift
DE
201 10 334 U1 ist eine hydrodynamische Kupplung vorbekannt,
welche wenigstens eine Entlüftungsschaufel
in der Beschaufelung eines der beiden Scharufelräder – Primärschaufelrad oder Sekundärschaufelrad – aufweist, wobei
der Entlüftungskanal
den Kernraum des torusförmigen
Arbeitsraumes mit einer Austrittsöffnung aus dem Schaufelraum
verbindet. Die Entlüftung
erfolgt dabei ins Kupplungsgehäuse
und von diesem nach außerhalb
der Kupplung. Die Führung
erfolgt in entsprechenden in der Kupplung und im Gehäuse vorgesehenen
Leitungen. Insbesondere bei komplizierter Gehäusegestaltung kann die zur
Entlüftung erforderliche
Leitungs- bzw. Kanalführung
sehr aufwendige Modifikationen an den die Verbindungsleitung tragenden
bzw. bildenden Elementen bewirken. Dies gilt auch für die Übergänge zwischen
den mit Relativdrehzahl zueinander rotierenden Bauteilen. Ferner
sind zur Gewährleistung
einer Entlüftung
an die Umgebung die Führungskanäle aufgrund
der aufwendigen Führung
durch die Gehäusewandung
relativ lang.
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Aus
der Druckschrift
GB 644 663 ist
eine hydrodynamische Kupplung vorbekannt, die von einem mit Betriebsmittel
befüllbaren
Gehäuse
umschlossen ist, wobei das Betriebsmittel einen Betriebsmittelsumpf
bildet, der als Betriebsmittelquelle für die hydrodynamische Kupplung
fungiert. Die hydrodynamische Kupplung weist Entlüftungskanäle auf,
die aus dem Kernraum in radialer Richtung zur Rotationsachse hin
gerichtet sind und in das Gehäuse
der hydrodynamischen Kupplung münden.
Die Entlüftung
erfolgt somit nicht zwangsläufig
an die Umgebung, sondern in einen Raum, der vom Kupplungsgehäuse gebildet
wird. Derartige Ausführungen
mit eigenem Kupplungsgehäuse
finden dabei hauptsächlich
Verwendung in stationären
Anwendungen. Für
den Einsatz als Anfahreinheit in Getrieben bedeutet dies erheblichen
zusätzlichen
Aufwand, da die hydrodynamische Kupplung als eigenständige Einheit
mit eigenem Gehäuse
und eigener Betriebsmittelversorgung ausgeführt ist und bei Kombination
der zusätzlichen Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten
entsprechenden modifiziert werden muss.
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Ausführungen
hydrodynamischer Komponenten, insbesondere hydrodynamischer Kupplungen
mit Entlüftungskanälen zur
Entlüftung
aus dem Kernraum sind des weiteren aus
GB
719 544 und
DE 1
140 595 B vorbekannt. Auch hier erfolgt die Führung der
Lüftungskanäle entweder
in separaten Kanälen,
die in der Beschaufelung integriert sein können oder von separaten Elementen
gebildet werden, über
das Kupplungsgehäuse.
Diese Ausführungen sind
daher ebenfalls durch Berücksichtigung
der Kanalführung
durch die Gehäusewandung
charakterisiert, wobei ferner die Kanäle zur Entlüftung durch eine erhebliche
Länge und
das Gehäuse
durch entsprechende Modifikationen zum Vorsehen derartiger Kanäle charakterisiert
sind. Dies gilt in Analogie für eine
aus der Druckschrift
DE 682 276 vorbekannte Möglichkeit
einer Entlüftung
einer Strömungskupplung
nach Föttinger
Bauart. Auch hier erfolgt die Entlüftung aus dem Kernraum in das
Kupplungsgehäuse,
d. h. je nach Ausgestaltung des Kupplungsgehäuses nicht in einen großen entlasteten
Raum, sondern in einen Raum geringer Größe, der durch den dadurch bedingten
Widerstand der Entlüftung
quasi entgegenwirkt.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Leistungsübertragungseinheit
mit einer hydrodynamischen Kupplung der eingangs genannten Art derart
weiterzuentwickeln, dass bei Inbetriebnahme relativ schnell hohe
Leistungen aufgenommen und übertragen
werden können.
Dies bedeutet, dass die Zeitdauer für den Füllvorgang minimiert werden
soll. Dabei ist auf eine einfache Möglichkeit der Entlüftung mit
konstruktiv geringem Aufwand abzustellen, wobei diese Lösung für die Verbindung
von Anfahreinheiten mit unterschiedlichsten Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinheiten
ohne wesentliche erforderliche Modifizierung dieser, geeignet sein soll.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ist
durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Erfindungsgemäß wird bei
der Leistungsübertragungseinheit,
umfassend eine Anfahreinheit mit einer hydrodynamischen Kupplung
und mit einer mit dieser verbundenen Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
die Entlüftung
aus dem Kernraum über
entsprechende Kanäle
in Entlüftungsschaufeln
der Beschaufelung wenigstens eines der Schaufelräder in radialer Richtung nach innen
und von dort über
Verbindungskanäle
oder -räume
in das Getriebe, d. h. den vom Getriebegehäuse umschlossenen Innenraum
vorgenommen, wobei der Austritt oberhalb des sich im Gehäuse einstellenden
Betriebsmittelspiegels erfolgt. Die dazu erforderlichen Verbindungskanäle oder
-räume
erstrecken sich dabei direkt durch die Schaufelräder bzw. die mit diesen drehfest
gekoppelten Elemente oder werden von einem Zwischenraum zwischen
diesen gebildet. Die Führung
der Entlüftungswege
erfolgt dabei in Verbindungskanälen-
oder räumen,
die frei von einem Übergang
von mit Relativdrehzahl rotierenden Elementen, insbesondere frei
von einem Übergang
von einem rotierenden zu einem ruhenden Element sind. Die erfindungsgemäße Lösung bietet
somit die Möglichkeit
einer Abführung
der beim Füllvorgang
hinderlichen Luft aus dem Kernraum des torusförmigen Arbeitsraumes mit geringem
Aufwand und entsprechend den konstruktiven Gegebenheiten. Ferner
ist es möglich,
die Verbindungskanäle
oder -räume
nur in den zur hydrodynamischen Kupplung gehörenden Elementen anzuordnen,
wobei der Austritt bei Zusammenfassung mit der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
in dessen Innenraum mündet,
so dass auf wesentliche zusätzliche
Modifizierungen der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
bei der Ausgestaltung der Verbindungskanäle oder -räume verzichtet werden kann,
was die Zusammenfassung einer entsprechend gestalteten hydrodynamischen Kupplung
mit beliebig ausgeführten
Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtungen ermöglicht. Die Entlüftung in
den Innenraum des Gehäuses
der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung bietet ferner den Vorteil
der Führung
der Luft über
kurze Verbindungswege in einen relativ großen Raum.
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Der
Kernraum des torusförmigen
Arbeitsraumes ist hinsichtlich seiner Lage durch die Anordnung im
Bereich des mittleren Durchmessers des torusförmigen Arbeitsraumes und der
Trennebene zwischen dem Primärschaufelrad
und dem Sekundärschaufelrad
charakterisiert. Dieser ist durch einen Durchmesser um die Flächenhalbierende
bei Draufsicht auf den Arbeitsraum beschreibbar.
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Der
einzelne Verbindungskanal oder -raum erstreckt sich dabei erfindungsgemäß je nach
Anordnung der Entlüftungsschaufel
am Primärschaufelrad oder
Sekundärschaufelrad
durch das den Eingang der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung bildende
Element. Der Eingang kann dabei von einer Welle, Hohlwelle oder
Nabe gebildet werden, wobei der Austritt des Verbindungskanals-
oder -raumes an dessen Außenumfang
mündet.
Im einfachsten Fall wir der Eingang vom Sekundärschaufelrad oder einer, mit
diesem drehfest verbundenen Sekundärschaufelradwelle gebildet.
Diese Lösung
ist sowohl für
Ausführungen
mit Anordnung des Primärschaufelrades
vor als auch hinter dem Sekundärschaufelrad
in axialer Richtung betrachtet geeignet.
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Die
Anordnung des Verbindungskanals oder -raumes im Primärschaufelrad
oder einem drehfest mit diesem gekoppelten Element oder der Bildung des
Verbindungskanals- oder Raumes von einem Zwischenraum zwischen Sekundärschaufelrad
und Primärschaufelrad
bzw. der mit diesen drehfest verbundenen Elemente ist nur für Anordnungen
des Primärschaufelrades
hinter dem Sekundärschaufelrad sinnvoll.
Eine derartige Ausführung
ist beispielsweise durch das Vorsehen eines mit dem Primärschaufelrad
drehfest verbundenen und das Sekundärschaufelrad in axialer und
wenigstens teilweise in radialer Richtung umschließenden Primärradschale
charakterisiert. Das Primärschaufelrad
ist in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet, hinter dem Sekundärschaufelrad
angeordnet und ist im radial inneren Teil als Hohlwelle ausgeführt oder
drehfest mit einem eine Hohlwelle bildenden Element verbunden, durch welche
die Sekundärschaufelradwelle
oder der Eingang E der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
geführt
wird. Der Verbindungskanal oder -raum kann dann in der Wand der
Hohlwelle angeordnet sein und/oder wird vom Zwischenraum zwischen Innenumfang
der Hohlwelle und Außenumfang
der Sekundärschaufelradwelle
gebildet.
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Die
erfindungsgemäße Lösung eignet
sich besonders zur Anwendung in Leistungsübertragungseinheiten, bei denen
die Anfahreinheit mit ins Gehäuse
der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung integriert wird. Jedoch
sind auch Anwendungen denkbar, bei denen die Anfahreinheit als modulare
vormontierte Baueinheit mit eigenem Gehäuse angeboten und mit der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
zu einer Gesamtbaueinheit zusammengefasst wird, beispielsweise durch
Anflanschen.
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Bezüglich der
Ausführung
des Entlüftungskanals,
insbesondere dessen Ausrichtung, bestehen im wesentlichen zwei Möglichkeiten:
- a) Erstreckung von Kernraum in radialer Richtung nach
außen
- b) Erstreckung von Kernraum in radialer Richtung betrachtet
nach innen, das heißt
in Richtung der Rotationsachse.
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Die
konkrete Auswahl der Führung
des Entlüftungskanals
hängt von
den örtlichen
Gegebenheiten, insbesondere die angrenzenden rotierenden Zwischenräume ab.
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Bezüglich der
Anordnung des Entlüftungskanals
bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten.
Dieser ist im einfachsten Fall in der Schaufelwand angeordnet, das
heißt
bei entsprechender Ausführung
der Schaufelwand mit bestimmter Dicke in dieser eingearbeitet. Eine
weitere Möglichkeit
besteht in der Anordnung an der Schaufelrückseite in Strömungsrichtung
betrachtet oder der Schaufelvorderseite. Bei allen Möglichkeiten
kann bei Ausführung
als Gussteil der Entlüftungskanal
in die entsprechende Belüftungsschaufel
eingearbeitet werden. Eine weitere Möglichkeit, jedoch aufwendiger
und für
die Strömungsverläufe in der
hydrodynamischen Kupplung nachteiliger besteht in der Ausbildung
des Entlüftungskanals
von einem separaten Bauelement, welches stoffschlüssig mit
einer Schaufel zur baulichen Einheit Entlüftungsschaufel verbunden wird.
Diese Lösung
ist gegenüber
der erstgenannten auch wesentlich aufwendiger in der Fertigung.
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Bezüglich der
Anordnung und Anzahl der Entlüftungsschaufeln
bestehen ebenfalls mehrere Möglichkeiten,
welche im Tätigkeitsbereich
des zuständigen
Fachmannes liegen. Vorzugsweise wird eine Mehrzahl von Entlüftungsschaufeln
vorgesehen, welche in Umfangsrichtung der Beschaufelung betrachtet
im gleichmäßigen Abstand
zueinander angeordnet sind.
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Der
einzelne Entlüftungskanal
erstreckt sich dabei vom Bereich des Schaufelendes zum Schaufelgrund
und durch die Wand des Schaufelrades, welche die einzelnen Schaufeln
trägt.
Dabei besteht die Möglichkeit,
auch die Schaufelradwände
zur Führung
der nach außen
zu leitenden Luft zu nutzen.
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Im
einfachsten Fall sind die Austrittsöffnungen für die Entlüftungskanäle immer geöffnet. Es besteht jedoch auch
die Möglichkeit,
für entsprechende Anwendungsfälle, insbesondere
bei Kupplungen in druckdichter Ausführung, das heißt Kupplungen,
deren Füllungsgrad
durch Ausübung
eines Beeinflussungsdruckes auf ein ruhendes Medium verändert werden
kann, die Austrittsöffnungen
verschließbar
zu gestalten. In diesem Fall ist eine entsprechende Ansteuerung
erforderlich, welche in Abhängigkeit
des Aufbringens eines Beeinflussungsdruckes aktiviert werden.
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Die
erfindungsgemäße Lösung wird
nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen
folgendes dargestellt:
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1a und 1b verdeutlichten
anhand einer Ausführung
einer Leistungsübertragungseinheit
mit hydrodynamischer Kupplung das Grundprinzip der Profilentlüftung;
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2a–2b verdeutlichen
anhand einer Ansicht auf das Schaufelende mögliche Anordnungen der Entlüftungskanäle bzw.
Bohrungen;
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3a und 3b verdeutlichen
anhand eines Axialschnittes durch die Beschaufelung eines Schaufelrades
Möglichkeiten
der Ausrichtung der Entlüftungskanäle;
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4 zeigt
eine Ausführung
einer Belüftungsschaufel
mit stoffschlüssig
verbundenen zylindrischen Element.
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1a verdeutlicht
in schematisch vereinfachter Darstellung anhand einer Leistungsübertragungseinheit 1,
umfassend eine Anfahreinheit 51 mit einer hydrodynamischen
Kupplung 2, umfassend zwei rotierende Schaufelräder – ein als
Pumpenrad fungierendes Primärschaufelrad 3 und
ein als Turbinenrad fungierendes Sekundärschaufelrad 4 –, welche
miteinander einen torusförmigen
Arbeitsraum 5 bilden, und einer dieser nachgeordneten Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 52 das
erfindungsgemäße Prinzip
der Entlüftung
aus einem Kernraum 6 des torusförmigen Arbeitsraumes 5 in
die der Anfahreinheit 51 nachgeordnete Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 52. 1b verdeutlicht
anhand eines Ausschnittes aus 1a die
Ausführung
der hydrodynamischen Kupplung 2 mit den möglichen
Anordnungen der Entlüftungskanäle.
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Unter
dem Kernraum 6 des Arbeitsraumes 5 wird dabei
ein Bereich verstanden, welcher im Querschnitt durch die hydrodynamische
Kupplung 2 betrachtet im torusförmigen Arbeitsraum 5 in
der Mitte angeordnet ist oder, mit anderen Worten, hinsichtlich seiner
Lage im Bereich einer Trennebene 7 zwischen dem Primärschaufelrad 3 und
dem Sekundärschaufelrad 4 im
Bereich des Mittendurchmessers dm des torusförmigen Arbeitsraumes 5 angeordnet
ist. Das Primärschaufelrad 3 der
hydrodynamischen Kupplung 2 ist dabei mit einem, hier im
einzelnen nicht dargestellten Antrieb 8 drehfest verbunden,
während das
Sekundärschaufelrad 4 mit
mindestens einem Abtrieb 9, der mit dem Getriebeeingang
E, d.h. dem Eingang der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 52 drehfest
verbunden ist oder von diesem gebildet wird, gekoppelt. Dieser wird
vom Sekundärschaufelrad 10 gebildet.
Das Primärschaufelrad 3 fungiert
dabei bei Leistungsübertragung
vom Antrieb 8 zum Abtrieb 9 als Pumpenrad, das
Sekundärschaufelrad 4 als
Turbinenrad. Im Schubbetrieb sind die Funktionsweisen umgekehrt.
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Das
Primärschaufelrad 3 ist
bei dieser Ausführung
in axialer Richtung in Einbaulage betrachtet hinter dem Sekundärschaufelrad 4 angeordnet
und ist sowohl für
zentrifugale als auch zentripetale Durchströmung geeignet. Zur Kopplung
mit einem Antrieb 8 ist diese mit einer das Sekundärschaufelrad 4 in
axialer und wenigstens teilweise in radialer Richtung umschließenden Primärradschale 11 verbunden.
Diese begrenzt mit ihrem Innenumfang einen Zwischenraum 21,
welcher als erster Betriebsmittelführungskanal- oder raum 12 für das Betriebsmittel fungiert.
Zur Befüllung
der hydrodynamischen Kupplung 1 tritt dabei das Betriebsmittel über den
Betriebsmittelführungskanal-
oder raum 12 entlang des Außenumfanges des Sekundärschaufelrades
bis in den Bereich der radial äußeren Abmessung,
das heißt
dem Außendurchmesser 22 der
hydrodynamischen Kupplung im Bereich der Trennebene 7 beziehungsweise
den dort gebildeten Spalt 14 zwischen Primärschaufelrad 3 und
Sekundärschaufelrad 4 geführt. Von
dort gelangt das Betriebsmittel in den torusförmigen Arbeitsraum 5.
Der Austritt erfolgt in radialer Richtung nach innen, im einfachsten
Fall ebenfalls über
den Spalt 14, jedoch im Bereich des radial inneren Durchmessers 23 des
torusförmigen
Arbeitsraumes 5. Das Betriebsmittel gelangt dabei in einen zweiten
Betriebsmittelführungskanal-
oder raum 15, der in radialer Richtung unterhalb des torusförmigen Arbeitsraumes 5 angeordnet
ist und sich in axialer Richtung im Bereich der axialen Erstreckung
des torusförmigen
Arbeitsraumes 5 erstreckt. In diesem Fall wird die hydrodynamische
Kupplung 1 zentripetal durchströmt. Die beiden Betriebsmittelführungskanäle- oder
räume 12 und 15 sind über einen
offenen Kreislauf 24 miteinander gekoppelt. Dieser ist Bestandteil
eines hier nur schematisch hinsichtlich der Funktion dargestellten
Betriebsmittelversorgungssystems, welches eine Betriebsmittelquelle 32 umfasst,
die in Form beispielsweise eines Tankes 33 vorliegt. Die
beiden Betriebsmittelführungskanäle- beziehungsweise
räume 12 und 15 sind über Verbindungsleitungen 34 und 35 mit
der Betriebsmittelquelle 32 gekoppelt. Die Verbindungsleitungen 34, 35 sind
dabei entweder direkt mit den Betriebsmittelführungskanälen- oder räumen 12 und 15 oder über entsprechende
Anschlüsse 36 und 37 mit
diesen gekoppelt. Ferner kann die Durchströmungsrichtung der hydrodynamischen
Kupplung auch geändert
werden. Dies erfolgt über
Mittel 38 zur Änderung
der Durchströmungsrichtung.
Diese umfassen im einfachsten Fall eine Ventileinrichtung 39 in
Form eines 4/2-Wegeventiles 40.
Dieses verbindet einen Zulauf 41 mit den Anschlüssen 36 und 37 beziehungsweise
den einzelnen Betriebsmittelversorgungskanälen- oder räumen 12 und 15.
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Bei
der in der 1a dargestellten Ausführung ist
die Anfahreinheit 51 im Gehäuse 43 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 51 mit integriert.
Die Entlüftung
erfolgt beispielsweise über das
Primärschaufelrad 3 in
den vom Gehäuse 43 umschlossenen
Innenraum 44. Der Verbindungskanal- oder Raum wird dabei
entweder wie in der 1b dargestellt von einem vom
Innenumfang 45 der als Hohlwelle 46 ausgebildeten
Primärradwelle 47 und dem
Außenumfang 48 der
Sekundärradwelle 10 begrenzten
Zwischenraum 49 gebildet. Dieser mündet dabei entweder direkt
in den Innenraum 44 oder wird durch die Wand der Primärradwelle 47 geführt und tritt
am Außenumfang 50 der
Primärradwelle
in den Innenraum 44 der Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung 52 aus.
Dieser Entlüftungsweg
ist durch Pfeile II in 1b gekennzeichnet. Zusätzlich oder
alternativ kann die Entlüftung über das
Primärschaufelrad 3 auch über die
Wand der Primärradwelle 47 erfolgen.
Dieser Entlüftungsweg
ist mit III gekennzeichnet. Zusätzlich
oder alternativ zu beiden genannten Möglichkeiten erfolgt die Entlüftung über das
Sekundärschaufelrad 4 und
die mit diesem gekoppelten Anschlusselemente. Dieser Entlüftungsweg
ist mit I gekennzeichnet. Bei Entlüftung über das Sekundärschaufelrad 4 ist
jedoch auch der Entlüftungsweg
II möglich.
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Zur
Entlüftung
sind dabei sogenannte Entlüftungsschaufeln 19 in
der Beschaufelung 18 eines der beiden Schaufelräder – Primärschaufelrad 3 oder
Sekundärschaufelrad 4 – vorgesehen.
Im dargestellten Fall erfolgt die Anordnung der Entlüftungsschaufeln 19 für den Entlüftungsweg
III vorzugsweise im Primärschaufelrad 3,
für den
Entlüftungsweg
I im Sekundärschaufelrad 4.
Bei Nutzung des Entlüftungsweges
II kann die Anordnung der Entlüftungsschaufeln 19 sowohl
im Primärschaufelrad 3 als
auch im Sekundärschaufelrad 4 erfolgen.
Die Entlüftungsschaufeln 19 dienen
der Entlüftung
aus dem Kernraum 6 in einen Raum außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes 5,
gemäß der Ausführung in 1a und 1b radial
nach innen in den Zwischenraum 20 zwischen Primärrad 3 und
Sekundärrad 4 und
von dort über
einen von einem Zwischenraum 20 bzw. 49 gebildeten
Verbindungskanal oder -raum 53 und/oder zumindest teilweise in den
Wänden
der Anschlusselemente von Primärschaufelrad 3 und
Sekundärschaufelrad 4 angeordneten
Verbindungskanälen-
oder räumen 53.
Diese sind entsprechend der möglichen
Entlüftungswege
in 1b mit 53I , 53II , und 53III bezeichnet.
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Die
Entlüftungsschaufeln 19 sind
im einfachsten Fall speziell in der Beschaufelung 18 eines der
Schaufelräder – Primärschaufelrad 3 oder
Sekundärschaufelrad 4 – angeordnet
und entsprechend ausgebildet. Diese tragen vorzugsweise sogenannte Entlüftungsbohrungen 23,
welche Entlüftungskanäle 30 bilden
und sich durch die Schaufelwände 24 vom Bereich
eines Schaufelendes 25 in Richtung des Schaufelgrundes 26 der
einzelnen, als Entlüftungsschaufel 19 ausgebildeten
Schaufel, Beschaufelung 18 und durch die Schaufelradwand 15 erstrecken. Die
Anordnung der Entlüftungsbohrung 23 kann
dabei direkt mittig durch die einzelne Schaufel der Beschaufelung 18 erfolgen
oder aber entweder im Bereich der Schaufelvorderseite oder der Schaufelrückseite
angeordnet werden. Dies ist im Einzelnen abhängig von der konkreten Ausführung der
Schaufeln der Beschaufelung 18, insbesondere der Schaufeldicke
und dem verwendeten Herstellungsverfahren.
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Mögliche Anordnungen
der Entlüftungsbohrungen 23 an
der Beschaufelung eines der beiden Schaufelräder sind in den 2a bis 2c in
schematisch stark vereinfachter Darstellung anhand von Ansichten
auf die Schaufelenden 25.2a, 25.2b und 25.2c verdeutlicht,
bei der Ausführung
gemäß 2a auf
das Schaufelende 25.12a, unter welchem jeweils der zur
Trennebene 7 bzw. dem jeweils anderen Schaufelrad hin gerichtete
Teil einer Schaufel 17.n der Beschaufelung 18 verstanden
wird, die Anordnung einer Entlüftungsbohrung 23.2a in
einer einzelnen Schaufel 17.1, welche als Entlüftungsschaufel 19.12a fungiert.
Die Schaufel 17.1 ist dabei durch eine gewisse Dicke d
charakterisiert. Die Entlüftungsbohrung 23.2a beschreibt
einen Entlüftungskanal 30.2a.
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Die 2b verdeutlicht
anhand einer Ansicht auf ein Schaufelende 25.12b die Möglichkeit
der Anordnung einer Entlüftungsbohrung 23.2b in
Form eines Entlüftungskanals 30.2b an
der Schaufelvorderseite 27.12b mindestens einer Schaufel 17.1 der Beschaufelung 18 mit 17.n Schaufeln,
welche als Entlüftungsschaufel 19.12b fungiert.
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Die 2c verdeutlicht
eine alternative Anordnungsmöglichkeit
einer Entlüftungsbohrung 23.2c zur 2b,
wobei die Anordnung der Entlüftungsbohrung 23.2c auf
der Schaufelrückseite 28.12c einer
Schaufel 17.1 der Beschaufelung 18 erfolgt, welche
als Entlüftungsschaufel 19.12c fungiert.
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Alle
Anordnungsmöglichkeiten
der Entlüftungsbohrungen 23.2a–23.2c in
den 2a bis 2c gelten
sowohl für
das Primärrad 3 als
auch für das
Sekundärrad 4.
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Die
Ausrichtung der durch die Entlüftungsbohrungen 23.2a–23.2c beschreibbaren
Entlüftungskanäle 30.2a, 30.2b bzw. 30.2c kann
unterschiedlich erfolgen. Wesentlich ist jedoch eine Ausrichtung
in radialer Richtung nach innen, wobei diese Möglichkeit durch einen Winkelbereich
von β > 0° bis β ≤ 90° bezogen auf den mittleren Durchmesser
dm des Arbeitsraumes 5 gegenüber dem Schaufelende 25.13a im
Bereich der Trennebene 7 im Bereich des radial inneren
Durchmessers 23 des Arbeitsraumes an dem entsprechenden
Schaufelrad charakterisiert ist. In den 3a und 3b sind
zwei Möglichkeiten dargestellt.
Gemäß 3a erfolgt
bei Ansicht auf die Schaufelvorderseite 27.13a einer als
Entlüftungsschaufel 19.13a fungierenden
Schaufel 17.1 der Beschaufelung 18 im Axialschnitt
durch ein Schaufelrad betrachtet die Ausrichtung des Entlüftungskanals 30.3a in
radialer Richtung nach innen möglichst
nah an der Trennebene 7 im Einbauzustand, d.h. mit geringem
Winkel β.
Dies gilt in Analogie auch für
die Ausbildung der Entlüftungsbohrungen
in der Schaufel 17.1 der Beschaufelung 18 oder
an der Schaufelrückseite 28 einer
Schaufel 17.1 der Beschaufelung. Demgegenüber offenbart
die 3b anhand eines Axialschnittes durch die Beschaufelung 18 einer
hydrodynamischen Kupplung eine Ausrichtung der Entlüftungsbohrungen 23.3b bzw.
der durch diese gebildeten Entlüftungskanäle 30.3b an
einer Entlüftungsschaufel 19.13b in
radialer Richtung nach innen mit einem größeren Winkel β. Diese Ausrichtungsmöglichkeit
ist ebenfalls sowohl für
Entlüftungskanäle 30 in
der Schaufel 17.1 einer Beschaufelung 18 an der Schaufelvorderseite 27 oder
der Schaufelrückseite 28 denkbar.
Die Erstreckung des Entlüftungskanals oder
der -kanäle 30.2a, 30.2b, 30.2c, 30.b erfolgt
dabei vom Bereich der Schaufelenden 25.12a, 25.12b, 25.12c, 25.13a bzw. 25.13b bis
zum jeweiligen Schaufelgrund 26.3a bzw. 26.3b und
die Wand 15 des Schaufelrades bis zu einem Austritt.
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Vorzugsweise
werden die Entlüftungskanäle 30 jeweils
in die einzelnen Entlüftungsschaufeln 19.1–19.n eingearbeitet,
wobei je nach gewünschter Anordnung
die Schaufelwand durch eine bestimmte Schaufeldicke d charakterisiert
sein bzw. an der Schaufelvorderseite 27 oder der Schaufelrückseite 28 mindestens
eine entsprechende Verdickung aufweisen muss. Dies kann durch das
entsprechende Fertigungsverfahren und die entsprechende Fertigungsform,
beispielsweise bei Ausführung
als Gussteil, bereits bestimmt werden. Eine andere Möglichkeit
besteht darin, dass der Entlüftungskanal 30.4b, wie
in 4 anhand einer Ansicht auf ein Schaufelende 25.4 dargestellt,
von einem separaten Element 24 gebildet wird, welches entsprechend
an der Schaufel- oder Schaufelrückseite,
im dargestellten Fall Schaufelvorderseite 27.4, befestigt
wird. In allen dargestellten Fällen
ist es jedoch erforderlich, dass der Entlüftungskanal 30 sich
vom Schaufelende 25 bis zum Schaufelgrund 26 erstreckt,
wobei eine Verbindung zum Raum außerhalb des jeweiligen Schaufelrades
geschaffen wird. Dies bedeutet, dass der in Richtung des Schaufelgrundes 26 gerichtete
Entlüftungskanal 30 mit
einem Austritt 29 bzw. mit einer Öffnung 32 der die
Beschaufelung 18 tragenden Schale 33 des Schaufelrades
verbunden ist. Die Schale 33 bildet mit der Beaufschlagung 18 das Schaufelrad.
Diese beschreibt des Weiteren auch die Wand 15 des Schaufelrades.
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Die
erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es,
den Kernraum 6 sehr schnell zu entlüften, insbesondere die Luft
aus dem rotierenden Teil direkt in das Gehäuse oder des Getriebes in zunächst einen, durch
die rotierende Teile gebildeten Zwischenraum, hier Zwischenraum 20,
zu entleeren.
-
- 1
- Leistungsübertragungseinheit
- 2
- hydrodynamische
Kupplung
- 3
- Primärschaufelrad
- 4
- Sekundärschaufelrad
- 5
- torusförmiger Arbeitsraum
- 6
- Kernraum
- 7
- Trennebene
- 8
- Antrieb
- 9
- Abtrieb
- 10
- Sekundärschaufelradwelle
- 11
- Primärradschale
- 12
- erster
Betriebsmittelführungskanal
oder -raum
- 13
- Innenumfang
der Primärradschale
- 14
- Spalt
- 15
- zweiter
Betriebsmittelführungskanal
oder -raum
- 16
- Außenumfang
des Sekundärschaufelrades
- 17,
17.1, 17.2,
-
- 17.3,
17.4
- Schaufel
- 18
- Beschaufelung
- 19,
19.12a, 19.12b,
-
- 19.12c,
19.13a,
-
- 19.13b
- Entlüftungsschaufeln
- 20
- Zwischenraum
- 21
- Zwischenraum
- 22
- radial äußere Abmessung, Außendurchmesser
- 23
- radial
innerer Durchmesser des torusförmigen
-
- Arbeitsraumes 5
- 24
- offener
Kreislauf
- 25,
25.12a, 25.12b,
-
- 25.12c,
25.13a,
-
- 25.13b
- Schaufelende
- 26,
26.3a, 26.3b
- Schaufelgrund
- 27
- Schaufelvorderseite
- 28
- Schaufelrückseite
- 29
- Austritt
- 30,
30.2a, 30.2b,
-
- 30.2c,
30.3a, 30.3b,
-
- 30.4
- Entlüftungskanal
- 31
- Betriebsmittelversorgungssystem
- 32
- Betriebsmittelquelle
- 33
- Tanks
- 34
- Verbindungsleitung
- 35
- Verbindungsleitung
- 36
- Anschluss
- 37
- Anschluss
- 38
- Mittel
zur Änderung
der Durchströmungsrichtung
- 39
- Ventileinrichtung
- 40
- 4/2-Wegeventil
- 41
- Zulauf
- 42
- Ablauf
- 43
- Gehäuse
- 44
- Innenraum
der Getriebeeinheit
- 45
- Innenumfang
- 46
- Hohlwelle
- 47
- Primärradwelle
- 48
- Außenumfang
der Sekundärradwelle
10
- 49
- Zwischenraum
- 50
- Außenumfang
- 51
- Anfahreinheit
- 52
- Drehzahl-/Drehmomentwandlungseinrichtung
- 43
- Verbindungskanal oder-raum
- dm
- mittlerer
Durchmesser des torusförmigen
-
- Arbeitsraumes
- di
- innerer
Durchmesser des torusförmigen
-
- Arbeitsraumes