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Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung, im Einzelnen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine hydrodynamische Kupplung der gattungsgemäßen Art, deren Merkmale im Oberbegriff von Anspruch 1 zusammengefasst sind, wird in
EP 1 975 438 B1 offenbart. Eine solche Kupplung ist für den Einsatz in Kraftfahrzeugautomatikgetrieben gestaltet und weist eine in Axialrichtung der Kupplung verschiebbare Drosselscheibe auf, die mehr oder minder in den Arbeitsraum hinein verschoben werden kann oder innerhalb des Arbeitsraumes verschoben werden kann, um das mittels der hydrodynamischen Kupplung vom Primärrad auf das Sekundärrad übertragene Drehmoment zu erhöhen oder zu reduzieren. Die Drosselscheibe weist randoffene Öffnungen auf. Dadurch ist ein sanfter Übergang zwischen einer harten Kennlinie und einer weichen Kennlinie der hydrodynamischen Kupplung möglich, was Drehmomentstöße in dem Antriebsstrang vermeidet.
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Nachteilig an der genannten Ausführungsform ist, dass für die axiale Verschiebung der Drosselscheibe ein Verstellmechanismus erforderlich ist, der zwar in der weniger beanspruchten Umgebung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs über der vorgegebenen Lebensdauer einwandfrei arbeitet, jedoch besonders bei hydrodynamischen Kupplungen, die in rauen Umgebungen eingesetzt werden, wie beispielsweise beim Antrieb von Maschinen wie Shreddern, Brechern, Kettenförderern oder Gurtförderern, insbesondere im Bergbau über oder unter Tage, wie sie die vorliegende Erfindung gemäß einer Ausführungsform besonders betrifft, zu anfällig für Beschädigungen sind.
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DE 43 11 350 A1 und
US 3 173 260 A beschreiben hydrodynamische Kupplungen mit einer Drosselscheibe, die außerhalb des Arbeitsraumes zwischen Primärrad (Pumpenrad) und Sekundärrad (Turbinenrad) in einem sogenannten Stauraum, auch Verzögerungskammer oder Vorratsraum genannt, positioniert ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung der eingangs genannten Art anzugeben, die insbesondere füllungsgesteuert ausgeführt ist, das heißt, bei welcher die Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum zwischen einer minimalen Arbeitsraumfüllung und einer maximalen Arbeitsraumfüllung variabel veränderbar ist, insbesondere stufenlos, wobei die Kennlinie der hydrodynamischen Maschine durch eine Drosselscheibe eingestellt werden soll und die hydrodynamische Maschine einerseits kostengünstig herstellbar sein soll und andererseits besonders robust sein soll.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine, die insbesondere als hydrodynamische Kupplung ausgeführt ist, weist ein beschaufeltes Primärrad und ein beschaufeltes Sekundärrad auf, die einander entlang eines Trennspaltes gegenüberstehen und miteinander einen torusförmigen, mit einem Arbeitsmedium befüllten oder befüllbaren Arbeitsraum zum Ausbilden einer hydrodynamischen Kreislaufströmung des Arbeitsmediums ausbilden. Somit kann durch die hydrodynamische Kreislaufströmung Drehmoment oder Antriebsleistung vom Primärrad auf das Sekundärrad verschleißfrei und drehschwingungsdämpfend übertragen werden.
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Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich bei jeglicher Art von hydrodynamischer Maschine, demnach bei hydrodynamischen Drehmomentwandlern, bei hydrodynamischen Kupplungen oder bei hydrodynamischen Retardern angewendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung jedoch bei hydrodynamischen Kupplungen, die als beschaufeltes Primärrad ein sogenanntes in der Regel von einer Eingangswelle angetriebenes Pumpenrad und als Sekundärrad ein sogenanntes Turbinenrad aufweisen, welches über die hydrodynamische Kreislaufströmung im Arbeitsraum vom Pumpenrad angetrieben wird. Das Turbinenrad wird in der Regel durch eine Abtriebswelle getragen oder steht mit einer solchen in Triebverbindung.
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Eine erfindungsgemäße hydrodynamische Maschine weist eine Drosselscheibe auf, die in die Kreislaufströmung im Arbeitsraum hineinragt.
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Erfindungsgemäß ist die Drosselscheibe als im Trennspalt zwischen dem Primärrad und dem Sekundärrad in den Arbeitsraum hineinragende feststehende Drosselscheibe ausgeführt, das heißt, die Drosselscheibe ist ortsfest und nicht verschiebbar zumindest teilweise im Arbeitsraum positioniert.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Arbeitsraum im Bereich des Trennspalts von einem Innendurchmesser zu einem Außendurchmesser und die Drosselscheibe ragt vom Innendurchmesser aus oder vom Außendurchmesser aus in den Arbeitsraum hinein. Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist die Drosselscheibe mit Abstand zum Innendurchmesser und zum Außendurchmesser des Arbeitsraums innerhalb des Arbeitsraumes positioniert.
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Besonders vorteilhaft weist die Drosselscheibe zumindest in jenem Bereich, der in die Kreislaufströmung beziehungsweise den Arbeitsraum ragt, Öffnungen auf. Die Öffnungen können als randoffene Öffnungen und/oder randgeschlossene Öffnungen ausgeführt sein.
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Die Öffnungen sind gemäß einer Ausführungsform auf verschiedenen Durchmessern positioniert. Dabei sind insbesondere verschiedene randgeschlossene Öffnungen auf verschiedenen Durchmessern positioniert. Jedoch ist es auch möglich, dass verschiedene randoffene Öffnungen auf verschiedenen Durchmessern positioniert sind, zumindest in jenem Bereich, der nicht auf dem Rand liegt.
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Die Öffnungen können beispielsweise einen kreisrunden, quadratischen, elliptischen, sternförmigen und/oder vieleckigen (polygonförmigen) Querschnitt aufweisen. Dies betrifft sowohl die randgeschlossenen Öffnungen als auch die randoffenen Öffnungen.
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Die verschiedenen Öffnungen, hier besonders, jedoch nicht ausschließlich die randgeschlossenen Öffnungen, können zueinander verschiedene Querschnittsflächen und/oder Durchmesser aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drosselscheibe ringförmig, wobei dies die Form nicht auf einen Kreisring beschränkt. Vielmehr können auch ringförmige Drosselscheiben vorgesehen sein, die als Innenumfang und/oder Außenumfang eine Kreisform, elliptische Form, Sternform oder vieleckige Form aufweisen. Auch ist es möglich, die Drosselscheibe nicht als Ring sondern als Scheibe mit einem entsprechenden Außenumfang auszuführen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Drosselscheibe als separates Bauteil an dem Primärrad (Pumpenrad) oder dem Sekundärrad (Turbinenrad) befestigt. Eine andere Ausführungsform sieht vor, dass die Drosselscheibe einteilig mit dem Primärrad oder Sekundärrad ausgeführt ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Primärrad mittels einer Druckscheibe oder einem Druckring an einem Primärradträger, insbesondere in Form einer feststehenden Welle, verspannt und insbesondere verschraubt und/oder das Sekundärrad ist mittels einer Druckscheibe oder eines Druckrings an einem Sekundärradträger, insbesondere in Form einer umlaufenden oder feststehenden Welle, verspannt und insbesondere verschraubt. Die Drosselscheibe ist dann als separates Bauteil an dem Druckring oder der Druckscheibe befestigt. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass die Drosselscheibe einteilig mit dem Druckring oder der Druckscheibe ausgeführt ist.
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Bei einer Befestigung der Drosselscheibe als separates Bauteil an dem Primärrad, dem Sekundärrad, der Druckscheibe oder dem Druckring kann eine kraftschlüssige und/oder formschlüssige Befestigung vorgesehen sein, insbesondere durch Verschraubung.
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Gemäß einer besonders vorzuziehenden Ausführungsform der Erfindung ist eine Füllungssteuerung vorgesehen, mittels welcher die Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum zwischen einer minimalen Arbeitsraumfüllung, die insbesondere einer vollständigen oder weitgehenden Entleerung des Arbeitsraumes vom Arbeitsmedium entspricht, und einer maximalen Arbeitsraumfüllung variabel veränderbar ist, insbesondere stufenlos. Eine solche Füllungssteuerung kann ein oder mehrere Ventile in einem Arbeitsmediumzulauf zum oder Arbeitsmediumablauf vom Arbeitsraum beziehungsweise in einem Arbeitsmediumeinlass oder Arbeitsmediumaulass der hydrodynamischen Maschine umfassen, um dadurch die Menge von in den Arbeitsraum einströmendem und/oder ausströmendem Arbeitsmedium zu verändern. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum durch Aufbringen eines Überlagerungsdruckes auf den Arbeitsraum oder auf einen Vorratsraum für Arbeitsmedium außerhalb des Arbeitsraumes verändert werden, wobei dann eine entsprechende Verdrängungsdruckaufbringvorrichtung in der Füllungssteuerung vorgesehen ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die hydrodynamische Maschine wenigstens einen Arbeitsmediumeinlass, wenigstens einen Arbeitsmediumauslass und einen externen Arbeitsmediumkreislauf auf. Der Arbeitsmediumeinlass und der Arbeitsmediumauslass sind an dem externen Arbeitsmediumkreislauf angeschlossen, um das Arbeitsmedium im Arbeitsraum der hydrodynamischen Maschine permanent oder in vorgegebenen zeitlichen, regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen auszutauschen. Besonders vorteilhaft ist in dem externen Arbeitsmediumkreislauf ein Arbeitsmediumvorratsbehälter vorgesehen, der das nicht im externen Kreislauf oder im Arbeitsraum umgewälzte Arbeitsmedium aufnimmt. Die hydrodynamische Maschine selbst kann frei von einem Vorratsraum oder einer Verzögerungskammer beziehungsweise Stauraum für Arbeitsmedium ausgeführt sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
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1 einen Axialschnitt durch eine hydrodynamische Doppelkupplung mit einer erfindungsgemäßen Drosselscheibe;
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2 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs der Drosselscheibe aus der 1;
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3 schematisch alternative Anschlussmöglichkeiten der Drosselscheibe.
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In der 1 ist eine hydrodynamische Kupplung dargestellt, die als sogenannte Doppelkupplung ausgeführt ist, das heißt, zwei parallel zueinander geschaltete Arbeitsräume 3 aufweist, die jeweils durch die beschaufelten Bereiche eines Primärrades (Pumpenrad) 1 und eines Sekundärrades (Turbinenrad) 2 gebildet werden.
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Die beiden Sekundärräder 2 sind in einer sogenannten Back-to-Back-Anordnung positioniert und werden in Axialrichtung zwischen den beiden Primärrädern 1 eingeschlossen. Zwischen je einem Primärrad 1 und einem Sekundärrad 2 wird jeweils ein Trennspalt 4 ausgebildet, das heißt, dort stehen sich das jeweilige Primärrad 1 und das jeweilige Sekundärrad 2 mit Relativdrehzahl zueinander umlaufend in Axialrichtung gegenüber.
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Die hydrodynamische Kupplung des gezeigten Ausführungsbeispiels weist ein äußeres stationäres Gehäuse 5 auf, welches die Primärräder 1 und die Sekundärräder 2 umschließt. Am äußeren stationären Gehäuse 5 ist ein Arbeitsmediumeinlass 6 vorgesehen, über welchen das Arbeitsmedium aus einem externen Arbeitsmediumkreislauf 7, hier nur schematisch angedeutet, in die hydrodynamische Kupplung eingeleitet wird. Im externen Arbeitsmediumkreislauf 7 ist insbesondere ein Vorratsbehälter 8 für nicht umlaufendes Arbeitsmedium vorgesehen.
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Das Arbeitsmedium wird aus der hydrodynamischen Kupplung beziehungsweise dessen Arbeitsräumen 3 über einen Nebenraum 9, in welchen das Einlassende einer Staudruckpumpe 10 hineinragt, zum Arbeitsmediumauslass 11 und über diesen in den externen Arbeitsmediumkreislauf 7 gefördert.
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Die Primärräder 1 werden über die Antriebswelle 12 angetrieben. Die Sekundärräder 2 treiben die Abtriebswelle 13 an. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Abtriebswelle 13 einen Flansch 14 auf, an welchem die Sekundärräder 2 an einem radialen Vorsprung stirnseitig angeschraubt sind.
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Jeder Arbeitsraum 3 erstreckt sich von einem Innendurchmesser DI zu einem Außendurchmesser DA. Aufgrund der hier gezeigten im Querschnitt durch den gezeigten Axialschnitt der hydrodynamischen Kupplung annähernd kreisrunden Querschnitt der Arbeitsräume 3 sind sowohl der minimale Innendurchmesser DI als auch der maximale Außendurchmesser DA jeweils im Trennspalt 4 positioniert.
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In jedem Trennspalt 4 ist eine Drosselscheibe 15 vorgesehen, die radial innerhalb des Arbeitsraumes 3 befestigt ist und radial von innen, ausgehend vom Durchmesser DI, in den Arbeitsraum 3 hineinragt. Wie man sieht, ragt jede Drosselscheibe 15 vergleichsweise wenig in den Arbeitsraum 3 hinein, das heißt, sie erstreckt sich nicht bis zur radialen Mitte der Arbeitsräume 3.
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In der 2 ist nun die als Ausführungsbeispiel dargestellte Gestaltung der Drosselscheibe 15 gegenüber dem Maßstab der 1 vergrößert dargestellt. Man erkennt wiederum den Flansch 14 der Abtriebswelle 13. Jedes Sekundärrad 2 ist stirnseitig an einem Bund des Flansches 14 mittels eines Druckrings 16 angeschraubt, siehe die dargestellten Bohrungen für die nicht dargestellten Schrauben. Der Druckring 16 klemmt das Sekundärrad 2, durch welches die Verschraubung hindurch in den radialen Fortsatz des Flansches 14 geführt ist, zwischen sich und dem radialen Fortsatz am Flansch 14 ein.
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Jede Drosselscheibe 15 ist nun einteilig mit einem Druckring 16 ausgeführt.
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Jede Drosselscheibe
15 weist Öffnungen
17 auf, die als randgeschlossene oder randoffene Öffnungen ausgeführt sein können. Insbesondere sind die Öffnungen gemäß den in den Druckschriften
DE 43 11 350 A1 ,
US 3 173 260 A oder
EP 1 975 438 B1 gezeigten Drosselscheiben gestaltet. Prinzipiell ist jede beliebige Querschnittsform für die Öffnungen möglich.
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Der Flansch 14 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel mittels einer Druckscheibe 18 an der Abtriebswelle 13 befestigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt der Flansch 14 außen auf der Abtriebswelle 13 und wird in Axialrichtung gegen einen Bund auf der Abtriebswelle 13 durch die Druckscheibe 18 verspannt. Ferner ist es, wie durch die gezeigte Schweißnaht 19 dargestellt ist, möglich, den Flansch 14 stoffschlüssig an der Abtriebswelle 13 anzuschließen.
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In einem hier nicht näher gezeigten Ausführungsbeispiel könnte die Drosselscheibe 15 auch an der Druckscheibe 18 befestigt oder einteilig mit dieser ausgeführt sein. Ferner könnte auch das Sekundärrad 2 durch eine solche Druckscheibe 18 anstelle des Druckrings 16 befestigt sein.
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Beim Ausführungsbeispiel in der 3, das weitgehend jenem der 2 entspricht, wobei für dieselben Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet wurden, sind zwei verschiedene Möglichkeiten des Anschlusses der Drosselscheiben 15 an den Sekundärrädern 2 dargestellt. Die erste Möglichkeit ist oberhalb der Drehachse 19 der Abtriebswelle 13, welche in den Ausführungsbeispielen der Drehachse der Antriebswelle 12 entspricht, gezeigt, und die zweite Ausgestaltung ist unterhalb der Drehachse 19 gezeigt.
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Gemäß der ersten Ausgestaltung ist jede Drosselscheibe 15 einteilig mit dem Sekundärrad 2 ausgeführt. Gemäß der zweiten Ausgestaltung ist jede Drosselscheibe 15 als separates Bauteil am Sekundärrad 2 angeschraubt. Entsprechend dieser zweiten Ausgestaltung könnte auch beim Ausführungsbeispiel gemäß der 2 die jeweilige Drosselscheibe 15 als separates Bauteil am Druckring 16 oder an der Druckscheibe 18 angeschraubt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1975438 B1 [0002, 0036]
- DE 4311350 A1 [0004, 0036]
- US 3173260 A [0004, 0036]
