JP4204194B2 - 流体継手 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流体継手に関するものであり、特に請求項１の一般的概念の特徴を有する流体継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体継手は多くの実施形態で多くの適用ケースについて公知である。タービン複合装置における流体継手の１つの適用ケースが独国特許文献 DE 92 02 578.1 に開示されている。この継手は内燃機関の潤滑油の循環系統に接続されており、かつこの潤滑油を継手の作動媒体および冷却剤として使用しているものである。この文献から、流体継手の作動媒体としてモータオイルを使用する場合、継手の周辺壁の内側に堆積するオイルの不純物によって、継手の閉塞およびトルクと回転速度の変動とを補うための容量損失を導くという厄介な問題が生じる可能性がある。継手全体が回転するので、継手は遠心式オイルフィルターのように作用してしまう。継手のポンプ羽根車およびタービン羽根車は高形状精度および高表面品質を有するように製造されており、これによりポンプ羽根車とタービン羽根車との間で循環的流れが最適な通過比を見出すとともに継手の効率が高効率に導かれるようになっている。羽根取付部の構成およびタービン羽根車とポンプ羽根車との間の流れ循環のために、羽根取付部上に固体状のものが堆積する危険性は一般に無視してよい。しかしながら、上述した問題は状態によって生じる。それは作動媒体として使用されたモータオイルがこれら羽根車から形成された作動室から遠ざかるとともにこれら羽根車間に循環流およびすすぎ流がもはや見られなくなり、その代わりに継手の回転によって作り出された遠心力のみが見られるときである。つぎに、オイル中の不純物がそれらの高比重のために継手の周辺壁に対して遠心分離され、この周辺壁で内側が突起、溝、あるいは角の形態を有する平らでない部分、すなわち不十分な表面品質を有するようになると、つぎに堆積物の危険が確実に起こるようになる。ケース内において、継手の一次側が堆積物による二次側に受け止められ、つぎに一次側と二次側との間の堅固な結合がこのことから生じて、内燃機関のクランクシャフトが回転中に振動するというという損傷が継手やこれとともに作動する駆動部材に結果として生じる。さらに、継手内の固体状の堆積物もまた、継手内の流れを妨げる可能性がある。継手内の流れは作動温度の増加に導かれるとともに結果として継手の損傷に導かれる。その他の本質的な問題は堆積物によって作り出された不均衡質量である。この不均衡質量は曲げ振動を生じさせる。この不利な影響を避けるため、この文献ではポンプ羽根車とタービン羽根車とを備える流体継手が提示されている。これら羽根車は軸と連結されており、連結部で各羽根車はそれぞれ互いに対向する半環状リングを形成している。この流体継手は羽根保持部を有し、その結果環状型の作動室を形成している。またこれらの羽根車の１つはその半径外側端に取り付けられるハウジングを有しており、このハウジングは放射状に内側に延在するとともにもう一方の羽根車の後方を囲繞している。もう一方の羽根車の後方側と面するハウジングの内側に固体状の堆積物に対する摩擦減少および／または抑制を行うコーティングを設けている。このコーティングは非常に滑らかな表面を作り出すものであり、堆積物の付着を最小限に抑えることはできるが、それらを除去することはできない。さらに、コーティングの適用は費用を増大させるとともに、成功を減らしかつさらなる堆積表面を作り出すコーティングにダメージを与える。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、自身を通過する作動媒体を有する駆動装置に使用される流体継手をさらに発展させることであり、これにより堆積物の問題が最大限可能な範囲取り除かれる。本発明による解決策は、その工程において構造および製造技術においてできるだけ費用を少なくされなければならない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明による解決策は請求項１の特徴部に記載してある。有利な実施形態は従属請求項に記載している。
【０００５】
流体継手はポンプ羽根車とタービン羽根車とを備えている。これら羽根車で少なくとも１つの環状体作動空間を形成するとともにこの空間内は作動媒体で満たすことができるものである。また、流体継手は軸方向において見た場合に少なくとも部分的にポンプ羽根車を囲繞するとともにタービン羽根車も少なくとも部分的に囲繞し、かつポンプ羽根車およびタービン羽根車とともに少なくとも中空間を形成するハウジングを備えている。本発明によれば、ポンプ羽根車内で作動空間と中空間とを連通させるために少なくとも１つの開口部が設けられている。この開口部はポンプ羽根車を貫通する孔（channel）を形成しており、ポンプ羽根車の取り付けられた羽根部の内面からポンプ羽根車の外周に延在しているとともに、その位置が少なくとも１つの方向成分を介して述べることのできるように配置されている。開口部は環状体作動空間に作動の輪郭および／または２つの羽根車の間に起こる流れ循環と接線的に設けられている。半径方向におけるポンプ羽根車の外周とハウジングとの間の距離はすすぎ流れ（rinsing current）が中空間内に形成されるとともに作動媒体が遠心力によって押し流されないように構成されている。言い換えれば、空間的な閉鎖配置が存在している。しかしながら、実際の寸法記入はいろいろあるうちのポンプ羽根車の回転速度である。
【０００６】
本発明による解決策は、力伝達の目的のために環状体作動空間内でさらなる流れ循環が可能とされている。作動媒体の一部の流れが中空間内に直接流れ込むとともに中空間あるいはハウジング上で修正された堆積物に対してすすぎ効果を与えるように分岐されている。
【０００７】
好ましくは、連通孔すなわちポンプ羽根車の開口部は、循環輪郭の方向に接線方向に配置されるように形成されている。すなわち、流れ方向において作動中に作動空間で調整されるとともに流れ方向に配置されている。これはできるだけ少ない抵抗および流れ速度損失を有する部分流れを作り出すとともに最適なすすぎ効果を得ることができるようにしたものである。
【０００８】
好ましくは、連通孔すなわちポンプ羽根車の開口部の大多数が設けられている。これらはポンプ羽根車の
１．共通の仮想理論外周線上あるいは
２．いくつかの異なる仮想外周線上
のいずれにも配置させることができる。周囲線はポンプ羽根車の外周上の仮想理想線であるとして理解されている。これら周囲線は継手が組み立てられた場合にポンプ羽根車とタービン羽根車との間の仮想中心面と平行に存在するものである。異なる周囲線と交互に配置させることもできる。
【０００９】
さらに、ポンプ羽根車上の連結線すなわち開口部は、１本の周囲線あるいは複数の周囲線上に２つの隣接する開口部間で
１．一定間隔あるいは
２．異なる間隔
で配置させることができる。
【００１０】
数の選択および異なる周囲線上の配置は専門家の自由裁量による。
【００１１】
連通孔すなわち開口部の横断面の形態として、多くの可能性が考えられる。たとえば、円形横断面、長円形横断面、あるいは長楕円形の穴の形態をとる横断面を有するものなどが考えられる。
【００１２】
ポンプ羽根車の外周における環状体作動空間の連通孔の形態は多数のデザインで作ることができる。好ましくは、特に作動空間内で循環輪郭に接するように直接向けられた形態が設けられている。しかしながら、この種の連続に対してわずかな変化を実施することも理論的に可能である。一方、部分流れの考え得る損傷、すなわちその機能を悪化に導くことは避けられる。また連通孔における直線連続からわずかに逸脱することも考えられる。
【００１３】
さらに、環状体作動空間とポンプ羽根車の外周との間の連通孔は、
１．所定横断面
２．可変横断面
で形成させることができる。
【００１４】
部分流れに影響を与える横断面の変化は、好適に流速を次第に増加させるようにするのが望ましい。
【００１５】
連通孔すなわち開口部の横断面形態についてそれぞれの可能性、すなわちポンプ羽根車の１つあるいは多数の異なる周囲線の配置および／または環状体作動空間からポンプ羽根車外周までのポンプ羽根車の連通孔すなわち開口部の連続の形態は、意図した効果による互いとともに所望の方法で結合させることができる。実際の選択はこの過程において好適に使用するケースの状態によりなされ、特に作動媒体が使用される。
【００１６】
本発明による解決策は、異なる用途目的を有する数多くの流体継手に使用することができる。実施形態は、流体継手のハウジングが一次羽根車（すなわち、ポンプ羽根車）に少なくとも間接的に回転拘束されて結合されていてもよいし、二次羽根車（すなわち、タービン羽根車）に少なくとも間接的に回転拘束されて結合されていてもよい。よって、ハウジングは作動状態、すなわちポンプ羽根車の流体継手においてタービン羽根車とともに回転する。この適用ケースはその過程において好ましい適用ケースを示している。この配列においてハウジング上に堆積物を有する２つの羽根車のうち１つの接触が十中八九ダメージに導き、さらに不均衡の発生もまた避けられる。
【００１７】
本発明による解決策の好ましい適用は、タービン複合装置になされることである。この装置において流体継手の作動媒体は、内燃機関の作動媒体すなわちオイルでできている。これらの装置において直接的な問題が堆積物のためにしばしば起こる。この堆積物は作動媒体が通過する高速回転機械部材により遠心分離された浮遊物から生じるものである。
【００１８】
ポンプ羽根車とハウジングとの間の中空間をリンス（rinse）するのに使用される部分流れを有して、ポンプ羽根車とタービン羽根車との間に作動循環を作り出すという本発明による解決策は、ハウジングと各羽根車の外周面との間の中空間内の堆積物を除去する問題を解決させたものである。この解決策はまた、製造技術によって簡単かつ低コストのものとされている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明による解決策を以下、図面を使って説明する。
【００２０】
図１は、タービン複合装置２内で流体継手１の形態を有する一実施の形態を使用した、本発明による解決策を示している。この流体継手１は、ポンプ羽根車としてもみなされる一次羽根車３と、タービン羽根車としてみなされる二次羽根車４とを備えている。これらポンプ羽根車３およびタービン羽根車４はともに、たとえばオイルなどの作動流体で満たすことのできる少なくとも１つの環状体作動空間５を形成している。ポンプ羽根車３は、駆動タービン（図示せず）の軸（図示せず）に配置されたギアによって駆動される。このため、このギアはポンプ羽根車３に回転拘束されるように取り付けられたギア６と噛み合っている。
【００２１】
タービン羽根車４は流体継手１の駆動軸７上に配置されている。本実施形態に示すように、タービン羽根車４は駆動軸７に取り付けられている。これによりタービン羽根車４はここではネジ部材８，９として示すネジ込み式接続方式の形態で遊びを有するおよび／または遊びのない接続方式を使って回転拘束されている。
【００２２】
ポンプ羽根車３は好適に２つの玉軸受１１，１２からなる軸受配列１０に固定されている。すなわち、ポンプ羽根車３は少なくとも間接的に駆動軸７に取り付けられている。この軸受配列１０の玉軸受は、段付き玉軸受として構成されている。これらの軸受は、深溝玉軸受よりも大きい組合せ応力（すなわち、半径方向力および軸方向力）を受けることができるようにされたものである。ポンプ羽根車３は段付き玉軸受１１，１２のアウターリング１３，１４およびインナーリング１５，１６を介して駆動軸７に直接支持されている。ポンプ羽根車でトルク受容を作り出すとともにタービン羽根車４に作動機構を介してトルクを伝達するために、回転がポンプ羽根車３と段付き玉軸受１１，１２のアウターリング１３，１４とで同じ回転速度でなされている。このためこれらアウターリング１３，１４とポンプ羽根車３との間にはプレスばめが施されている。同様のことが駆動軸７のさらなる軸受配列１７を介してギア６の支持部にも適用されている。
【００２３】
作動空間５へのオイルの供給は、駆動軸７を介して図示したケース内に直接行われる。このため駆動軸７には、好適にこの駆動軸７の対称軸線Ａに同心的に配置されたドリル穴１８が設けられている。このドリル穴はある大きさを持って主側面から環状体作動空間を通過する中間垂直線を通過して配置された平面Ｅまで延在している。この中央穴１８から分岐するさらなる分配穴１９，２０が、中央せん孔１８から半径方向に駆動軸７の外周部２１に向かって延設されている。これら中央せん孔１８および分配せん孔１９，２０を介して、作動流体は環状体作動空間５内に導かれる。同時に、作動媒体流れの分岐が軸受配列１０に対して起こる。このため、ディスク２２がポンプ羽根車３とタービン羽根車４との間に配置されている。このディスクは、作動媒体に対してピーリングエッジ（peeling edge）として機能する傾斜部２３を有している。この傾斜部２３はこの過程において、作動媒体を供給空間２４から軸受配列１０の段付き玉軸受１１，１２のアウターリング１３，１４に流し込んでいる。したがって、これら２つの段付き玉軸受１１，１２は作動媒体で完全に満たされている。ディスク２２の構成により分岐された作動媒体流れの量を調整することができる。したがって、中央作動媒体供給だけでなく潤滑供給も必要である。対応する構成として、ここでは駆動軸７上でギア６の支持体として機能する軸受１７を付加的に供給する可能性もある。
【００２４】
流体継手１はベル型ハウジング２６で取り囲まれている。このハウジングは深絞りした部材として構成されているとともに好適にギアに間接的に取り付けられる種々の連結可能性を介しているものである。しかしながらここでは詳細に述べていないが、継手としての理論的可能性はポンプ羽根車３に回転拘束されてもよいしタービン羽根車４に回転拘束されてもよい。そのため、中空間２７は常にポンプ羽根車３とハウジング２６との間に形成されている。ハウジング２６とギア６との間の連結のために、ハウジングは継手の動作中すなわちポンプ歯車３運転中一緒に回転する。
【００２５】
継手の作動中、作動媒体は環状体作動空間５から中空間２７内に逃げてしまう。したがって、作動媒体は２つの羽根車すなわちポンプ羽根車とタービン羽根車のブレード取り付け間で循環およびすすぎ流れとしてもはや現れることはないが、そのかわりに継手の回転によって生み出された遠心力のみが現れる。つぎに作動媒体内の不純物がハウジング２６の内壁３０に対してそれらの高比重のために遠心分離される。この内側３０に平らでない部分が突起、溝、あるいは角の形態で設けられているかおよび／または内側が不十分な面品質を有している場合には、その場所では沈殿の危険が少なくとも常に起こる。これはハウジング２６に対して二次羽根車４の接触を導くことができる。これにより堅固な継手が一次側と二次側との間に生じさせることができる。さらに、場所的堆積が取り囲んでいるハウジングの構成に不均衡質量を生じさせる。その結果、曲げ振動が生じる。この問題を解決するために、複数の開口部３１がたとえば羽根の根本と羽根車の外周との間のポンプ羽根車３に連通孔の形態で設けられている。この連通孔は軸受がポンプ羽根車とタービン羽根車との間で作動状態において流れ方向に少なくとも１つの方向成分によって示すことのできる方法で構成されているとともに、ポンプ羽根車とタービン羽根車との間に設定される流れ連続の輪郭に対して本質的に接線的である。この連通孔は、作動空間５から中空間２７への部分流れの形成を可能にしている。これら複数の開口部３１はその過程において好適に羽根取付部の内面、特に羽根の根本からポンプ羽根車３の外周３３に延在している。複数の開口部３１はその過程において少なくとも１つの方向成分がその位置を示すような方法で位置決めされている。この少なくとも１つの方向成分は、作動状態で示すように環状体作動空間５内の作動機構循環の輪郭に対して本質的に接線的に位置決めされている。したがって、開口部３１の方向を示すのに使用することができる接線成分の方向は、常に環状体作動空間５内の循環における流れの方向に向けられている。
【００２６】
好ましくは多数の開口部が流体継手、特にポンプ歯車３の円周方向に設けられていることが望ましい。この場所でそれら開口部は好適に同じ高さでかつポンプ羽根車３の外周上の理論上、仮想外周線ＵＬ上に配置されている。個々の開口部３１間の距離は一定間隔に選ばれるのが望ましい。
【００２７】
開口部３１は、羽根の根本からポンプ羽根車３の外周３３にまで図示したケース内において一定の横断面を有しているとともに、スループットボアの形態で構成されている。全ての他の可能な横断面もまた考えられる。さらに、その他のものはここでは詳細に図示していない。ポンプ羽根車３の羽根車内面３１からポンプ羽根車３の外周への延長部にわたって変化する横断面を有する開口部３１が設けられており、これはその部分にわたって流れる部分流れに影響を与えるためである。変化する横断面の例を図２ａに示すとともに、可能な横断面変化の例を図２ｂに示している。
【００２８】
図２ａは開口部３１の適している横断面を示している。直径Ｄを有する円形横断面を有するスループットせん孔の形態を有する図２ａ１により与えられた変化は製造時に最も簡単に作り出すことのできる好ましい変化である。しかしながら、考え得るものとしては長穴３１ｂの形態を有する図２ａ２による構成である。したがって、図示した横断面は図１の断面Ｉ−Ｉによる断面が平面でなされるときの結果としての横断面であり、この平面は開口部の外側制限によって定義されるとともに開口部の延在する方向に垂直なものである。
【００２９】
図２ｂは、ポンプ歯車３の外周３３に向かって一定の割合で狭くなる横断面を有する形態を示している。
【００３０】
図１および図２による実施の形態は、本発明による解決策のたったの数例でしかない。実際の構成あるいは配置はそれぞれのケースの要求に応じてなされるとともに、専門家の自由裁量である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 複合タービン装置の一形態に適用した、本発明による一実施形態および流体継手の作動方法を示す流体継手の断面図である。
【図２】 （ａ１，ａ２）は作動空間とポンプ羽根車の外周との間の連通孔の可能な横断面を示す図であり、（ｂ）は連通孔の長さ方向にわたって横断面が変化する、環状体作動空間とポンプ羽根車の外周との連通孔の連続の一実施形態を示すポンプ羽根車の横断面図である。
【符号の説明】
１ 流体継手
３ ポンプ羽根車
４ タービン羽根車
５ 作動空間
２６ ハウジング
２７ 中空間
３１ 連通孔
３１ａ 横断面
３１ｂ 横断面
３２ 内周面
３３ 外周面

Claims (15)

1. 作動媒体で満たすことのできる少なくとも１つの環状体の作動空間（５）をともに形成するポンプ羽根車（３）およびタービン羽根車（４）と、
   軸方向において少なくとも部分的に前記ポンプ羽根車（３）を囲繞するハウジング（２６）と、を備え、
   前記ハウジング（２６）が少なくとも前記ポンプ羽根車（３）とともに中空間（２７）を形成する流体継手（１）において、
   少なくとも１つの連通孔（３１）が前記環状体の作動空間（５）と前記中空間（２７）との間の前記ポンプ羽根車（３）に設けられ、
   前記連通孔（３１）の位置は、該連通孔（３１）が前記中空間（２７）にすすぎ効果を与えるための部分流れを作り出すように、前記ポンプ羽根車（３）と前記タービン羽根車（４）との間の作動状態において設定される循環流に本質的に接線的となるように方向付けられた少なくとも１つの方向成分によって決められていることを特徴とする流体継手。
2. 前記ハウジング（２６）は、作動状態で前記継手（１）を囲繞していることを特徴とする請求項１に記載の流体継手。
3. 前記ハウジング（２６）は、前記ポンプ羽根車（３）に少なくとも間接的に結合されていることを特徴とする請求項２に記載の流体継手。
4. 前記ハウジング（２６）は、前記タービン羽根車（４）に少なくとも間接的に結合されていることを特徴とする請求項２に記載の流体継手。
5. 前記連通孔は、前記作動空間（５）と中空間（２７）との間に、前記ポンプ羽根車（３）と前記タービン羽根車（４）との間に設定される流れ循環の循環流の方向に接線的となるように位置決めされていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の流体継手。
6. 前記連通孔（３１）は、方向を変えることなく直線状に連続していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の流体継手。
7. 複数の連通孔（３１）が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の流体継手。
8. 前記複数の連通孔（３１）は、組立状態において前記ポンプ羽根車（３）と前記タービン羽根車（４）との間に位置する中央平面と平行な、前記ポンプ羽根車（３）の理論的、仮想外周線（ＵＬ）上に配置されることを特徴とする請求項７に記載の流体継手。
9. 前記複数の連通孔（３１）は、組立状態において前記ポンプ羽根車（３）と前記タービン羽根車（４）との間の中央平面に対して平行に延びる、前記ポンプ羽根車（３）の理論的、仮想外周線上に配置されることを特徴とする請求項７に記載の流体継手。
10. 前記複数の連通孔（３１）のうち隣接する２つの連通孔の間の距離は一定であることを特徴とする請求項７から９のいずれか１項に記載の流体継手。
11. 前記連通孔（３１）の横断面が、前記ポンプ羽根車（３）の内周面（３２）から外周面（３３）にわたって一定になるように構成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の流体継手。
12. 前記連通孔（３１）は、前記ポンプ羽根車（３）の内周面（３２）から外周面（３３）にわたって変化する少なくとも１つの横断面を有していることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の流体継手。
13. 前記連通孔（３１）は、前記流体継手（１）の外周面（３３）の方向に向けて先細となるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の流体継手。
14. 前記連通孔の横断面（３１ａ）は、円形に形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の流体継手。
15. 前記連通孔の横断面（３１ｂ）は、長円形に形成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の流体継手。

Images