液力機器和用於使得這種液力機器的牽引功率最小化的方法

2023-05-02 10:55:31 1

專利名稱：液力機器和用於使得這種液力機器的牽引功率最小化的方法
技術領域：
本發明涉及一種液力機器、特別是液力減速器，該液力機器/液力減速器集成在外部的工作介質循環迴路中，本發明還涉及一種用於使得這種液力機器的牽引功率最小化的方法。
背景技術：
具有外部的工作介質循環迴路的液力機器和沒有外部的循環迴路的液力機器的區別在於，即工作介質不長期停留在液力機器內部，例如或者是在工作室中或者是在設置在液力機器中的儲備室_也稱為減速腔_中，而是從外部的工作介質循環迴路引導入液力機器或其工作室中，在該外部的工作介質循環迴路中通常布置了用於工作介質的冷卻器， 並且工作介質隨後被重新從工作室或液力機器排出到外部的工作介質循環迴路中。相應地，液力機器具有至少一個工作介質入口和一個工作介質出口。在工作介質出口中或者在其後的流動方向上，例如設有調壓閥，藉助於該調壓閥調節工作室中的靜壓力並且進而調節了工作室的填充度。從工作室中向外卸載工作介質和，在斷開液力機器時排空工作室通過所謂的出口孔實現。這些出口孔在液力機器的圓周上(在旋轉方向上看去)分布在葉片中或葉片之間的空隙中，在通常定子的減速器中設置並且一方面通入工作室中和另一方面通入環形通道中，其在液力機器的圓周方向(旋轉方向)上延伸。環形通道用於收集工作介質，也就是說工作介質從各個出口孔中流出並在環形通道中匯集。工作介質隨後從該環形通道中通過所謂的工作介質出口引導入外部的工作介質循環迴路中，該工作介質出口相對於流動方向和出口孔串接。這種已知的實施方式的缺點在於，特別是當液力機器設計為減速器並且定子中的出口孔設置在非環形的葉輪中時，該液力機器未完全排空，這是因為特別在工作室的部分填充的狀態中，也就是說，當工作室中不再有最大可能的工作介質量時，工作介質流動中的壓力損失通過出口孔阻止。在工作室的這種部分填充的狀態中，在工作室中的促使排空的壓力也就小於在完全填充的狀態中的壓力。DE 102007029018描述了這樣一種具有初級葉輪和次級葉輪的液力機器，初級葉輪和次級葉輪形成工作室，該工作室能通過外部的工作介質循環迴路填充，以便相應地調節液力機器的功率傳輸。此外設有環形通道，該環形通道通過出口孔在初級葉輪和次級葉輪中以引導工作介質的方式和工作室連接。由於排空的問題，除了出口孔之外已經還設有工作介質出口，其通入工作室中並且平行於環形通道布置。該文獻的特徵在權利要求1的前序部分中被概括。現在嘗試了，即液力機器，如上述文獻對其所描述地，雖然將牽引功率(在液力機器停止運行時在工作室中基於剩餘工作介質量的傳輸的功率)減小。然而，牽引功率不在每個轉速的情況下都是最佳的，因此在特定的轉速的情況下，液力機器傳輸不期望的功率，這可能導致在其中使用了液力機器的傳動系中不期望的功率損失。

發明內容
本發明的目的在於，提出一種液力機器，其中相對於現有技術改進了很大程度上排空工作介質，以及提出一種用於在所有的轉速的情況下使得牽引功率最小化的方法。 根據本發明的目的通過根據獨立權利要求所述的一種液力機器和一種方法實現。 從屬權利要求描述了有利的和特別適合的設計方案。詳細來說，根據本發明的液力機器特別設計為減速器，也就是說具有旋轉的葉輪和固定的葉輪並且其集成在外部的工作介質循環迴路中，該液力機器例如具有機動車的發動機冷卻循環迴路；安裝有葉片的初級葉輪和安裝有葉片的次級葉輪，初級葉輪和次級葉輪共同形成圓環面形的工作室，工作室可填充來自外部的工作介質循環迴路的工作介質，其中工作介質被重新從液力機器的工作室返回引導到外部的工作介質循環迴路中在液力機器中，在工作室外部設有環形通道，該環形通道特別在軸向方向上看去直接布置在工作室後面，並且有利地具有和工作室相同的直徑，並且環形通道通過在兩個葉輪中任一個中的出口孔，在減速器的情況下特別是在定子中，以引導工作介質的方式和工作室連接，以便收集那些通過出口孔從工作室中排出的工作介質並且隨後通過工作介質出口引導入外部的循環迴路中。多個出口孔在工作介質流動方面和特別也幾何地相互平行地布置並且例如在多個或所有葉片空隙上，在圓周方向上看去布置在安裝有葉片的葉輪中、特別是減速器的定子中。有利地，就平行於出口孔的工作介質流動而言設有至少一個附加的工作介質出口，特別是一個唯一的附加的工作介質出口，該工作介質出口同樣也通常直接地通入工作室中，並且其同時直接地或間接地通入外部的工作介質循環迴路中。由於這個附加的工作介質出口可以說繞開環形通道或平行於該環形通道布置，因此可以在其中避免流動中的壓力損失，該壓力損失當工作介質經過出口孔流動時並且特別當工作介質從出口孔流入環形通道中時產生，該環形通道的橫截面顯著大於各個出口孔，從而可以實現對工作室的容易得多的排空以及進而實現不取決於工作室中的低工作介質壓力的儘可能的排空。根據本發明，特別除了至少一個工作介質出口之外還設有至少一個在工作室之上或之夕卜、有利地徑向在工作室之外布置的分接開口(Abgriffs0ffnung)，該分接開口和液力機器的工作室導流地連接；和至少一個填充通道，其通入液力機器之內的相對較低工作介質壓力的區域中並且導流地和工作室連接。在此，至少一個分接開口和填充通道藉助於回流管路這樣以引導工作介質的方式相互連接，即工作介質從至少一個分接開口流入填充通道中並且從那裡重新間接地或直接地流入工作室中。在此除了通常的外部的工作介質循環迴路之外設有回流管路並且該回流管路因此不通過環形通道和工作介質入口之間的連接部通過外部的工作介質循環迴路顯示。回流管路更確切地說通常明顯比這種連接部更短。在工作室中或者在葉輪背面上的工作介質有利地通過旋轉的安裝有葉片的初級葉輪(在液力耦合器中也是次級葉輪)徑向向外離心分離並且進入到至少一個分接開口上，該分接開口有利地直接面對於旋轉的葉輪。通過離心加速，工作介質以相對較高的滯止壓力穿過分接開口並且通過回流管路流入填充通道中。由於填充通道通入液力機器中的相對較低工作介質壓力的位置中，例如是在工作室中的工作介質循環迴路的液力中心的區域中，在液力機器中的流入通道中或在工作介質入口中，從而實現了從工作室通過回流管路循環流動到填充通道並且從那裡重新循環流動到工作室。藉助於這種循環流動因此使得一部分來自於液力機器(循環迴路容積)的工作室的工作介質分支並且首先在繞過工作室的情況下通過填充通道重新輸送給它。由此，特別是當沒有附加的工作介質通過外部的工作介質循環迴路輸送(液力機器停止運行)時，液力機器中的瞬間的工作介質容積下降。通過部分流體的這種分支，因此相對較少的工作介質到達工作室中，從而在液力機器停止運行時進一步降低牽引功率。循環流動可以同樣地在停止運行的(減速器中的非制動運行) 以及激活的(制動運行)液力機器的情況下形成，然而在停止運行的狀態中是優選的。因此循環流動可以有利地在激活的狀態中斷開，例如藉助於閥。 有利地，在回流管路中在流動方向上看去，第一閥或隔板和接收容器以及第二閥順序地布置。有利地，第一閥和/或第二閥設計為換向閥、特別是2/2-換向閥。藉助於兩個閥或其中一個閥和隔板以及接收容器可以實現在液力機器停止運行時使得牽引功率的最小化還進一步得到改進，而不會在激活的狀態中損害效率或者說功率傳輸。特別地，可以通過閥的開關位置最佳地控制接收容器的填充和排空。根據本發明的用於使得根據本發明設計的液力機器的牽引功率最小化的方法包括以下步驟-在液力機器停止運行時，通過關閉第二閥或使得第二閥保持關閉並且可能地也通過打開第一閥或使得第一閥保持打開來經過附加的工作介質出口為接收容器填充來自工作腔的工作介質；-在激活液力機器或在液力機器已經被激活時，通過打開第二閥並且可能地也通過關閉第一閥來經過填充通道排空接收容器。如果液力機器設計為減速器，則因此在制動運行中、也就是說在激活減速器時 (在初級葉輪旋轉並且工作室通過外部的工作介質循環迴路至少部分填充時)，關閉第一閥，而同時打開第二閥，從而在接收容器中存儲的工作介質能通過第二閥流入填充通道中並且從那裡流入工作室中。接收容器在此通過填充通道的區域中的負壓排空。如果填充通道的入口區域中的工作介質壓力這樣小，從而使其下降到工作介質的蒸氣壓力之下，因此接收容器中的工作介質蒸發。關閉第一閥和打開第二閥在此有利地在利用減速器進行制動期間以及也在一個短的持續時間之後調節。如果現在結束制動過程，因此阻止了工作介質從工作介質循環迴路流入工作室中，從而關閉第二閥並且打開第一閥。工作室中的工作介質有利地由於初級葉輪向外的旋轉運動而被加速，進入到分接開口上並且經過打開的第一閥流入接收容器中，在該接收容器中通過之前進行的排空而存在相對較低的壓力。在此通過關閉第二閥來阻止從接收容器中流出。與之並行地，為了排空工作室，如前述地，工作介質通過出口孔、環形通道或工作介質出口以及因此通過外部的工作介質循環迴路從工作室中卸載。這種卸載就並行於卸載的工作介質流動而言通過至少一個分接開口進行。換句話說，工作介質流動通過外部的工作介質循環迴路為了排空工作室的目的並且通過分接開口相互獨立。接收容器的尺寸這樣確定，即在液力減速器的內部裡保留了最佳的工作介質量。
有利地，接收容器在此可以這樣設計，即它的容積在完全填充工作室(循環迴路容積)時小於液力機器中或液力減速器中的工作介質的總容積。特別地，接收容器容積可以相應於循環迴路容積的0. 2至0. 6倍之間。如所述地，可以取代第一閥使用隔板、特別是固定隔板，其開口橫截面的尺寸這樣確定，即通過隔板得到比通過打開第二閥得到的更小的工作介質容積流量。在這種情況下， 從接收容器中流出的工作介質量大於流入的工作介質量，隨後當通過第二閥抽吸相對較大的工作介質流量時，當激活液力機器時排空接收容器，即使並不強制性地完全進行抽吸時也是這樣。由此可以省去第一閥和因此省去對其的控制。


現在在下面根據實施例和附圖示意性地說明本發明。圖中示出圖1示出了根據本發明的液力機器的一部分的示意圖；圖2示出了穿過液力減速器形式的本發明的一個有利的實施方式的軸向截面圖；圖3示出了垂直於液力機器的旋轉軸線的軸向截面圖中的液力機器的細節視圖；圖4示出了圖3中示出的根據本發明的液力機器的另一個實施方式。
具體實施例方式圖1示出了液力機器的根據本發明的回流管路的示意圖。液力機器包括初級葉輪 1以及次級葉輪2。次級葉輪2和初級葉輪1分別配有葉片(在此未示出)並且在液力機器的軸向方向上相互面對，次級葉輪和初級葉輪共同形成圓環面形的工作室3，在該工作室中，在填充的或部分填充的狀態中可以形成循環迴路流動24(圖2)，從而將旋轉的初級葉輪1的轉矩_在設計為液力耦合器時_傳輸到次級葉輪2上，由此次級葉輪2進入運動狀態中。在設計為液力減速器時，次級葉輪2設計為定子，因此是抗扭的，從而將轉矩從旋轉的初級葉輪1傳輸到靜止的次級葉輪2上並且由此將制動力矩施加到初級葉輪1上。初級葉輪1和次級葉輪2在此由殼體15 (部分示出地)圍繞，該殼體具有分接開口 8。該分接開口通過回流管路11重新和工作室3導流地連接。優選地設有一個、特別是一個唯一的分接開口 8以及回流管路11。然而也可以考慮多個分接開口 8，它們特別通入同一個回流管路11中。除了外部的工作介質循環迴路4之外還設有回流管路11，在該外部的工作介質循環迴路中設有熱交換器，用於將熱量從工作介質中排出，從而可以相應地形成工作介質從工作室3中流動經過回流管路11重新進入外部的工作介質循環迴路4之外的工作室3中的循環迴路流動。也可能涉及的是第二個、特別是較小的工作介質循環迴路，其中在第二個循環迴路中的循環利用回流管路11特別也可以隨著以下情況進行，即工作介質通過外部的工作介質循環迴路4從工作室3中並且又重新返回到工作室3中的循環被中斷。在圖2中可以看到根據圖1的液力機器的細節圖，液力機器在此設計為減速器。在此，相應的元件以相同的參考標號標註。設有輸入軸19，該輸入軸驅動初級葉輪1並且在輸入軸上安裝了小齒輪20或該小齒輪設計為和輸入軸19成一個整體。在液力機器運行時，也就是說當前在減速器的制動運行時，在工作室3和外部的工作介質循環迴路4之間進行持續性的工作介質交換。外部的工作介質循環迴路4在此僅僅示意性地示出，更確切地說僅僅是在流動方向上看去直接在液力機器之後連接的那個部分，以及在流動方向上看去直接在液力機器之前連接的那個部分。在例如可以是車輛發動機冷卻循環迴路的一部分的外部的工作介質循環迴路4中，通常設有冷卻器(未示出)，用於冷卻在工作室3中被加熱的工作介質。工作介質可以相應地是水或水混合物或在另一個實施方式中也可以是油。工作介質在液力機器的運行狀態期間並且在從運行狀態(激活液力機器)過渡到非運行狀態(停止運行)中時從工作室3中通過次級葉輪2中的多個出口孔6到達以圓環形式在液力機器的圓周上延伸的環形通道5中並且從那裡到達外部的工作介質循環迴路4 中。在此，特別是當工作介質從出口孔6流出到環形通道中時，在工作介質流動中出現一定的壓力損失，這是因為在此存在流動橫截面的跳躍式的擴大。這種壓力損失導致了，即特別在工作室3中壓力相對較低的情況下，阻止了在非運行狀態(非制動運行)中或在從運行狀態(制動運行)過渡到非運行狀態(非制動運行)中時工作室3的完全排空。不期望地停留在工作室3中的工作介質導致了，即也在非運行狀態中使得剩餘轉矩從初級葉輪1傳輸到次級葉輪2上，這導致了在傳動系、例如在其中集成了液力機器的機動車傳動系中的不期望的功率損失。 為了能夠實現工作室3的更好的排空，還在平行於出口孔6或環形通道5的流動方向上設有一個附加的工作介質出口 7，通過該工作介質出口將工作介質從工作室3引入到外部的循環迴路4中。工作介質出口 7在此安裝在當前和次級葉輪抗扭設計的殼體15 中。附加的工作介質出口 7在此可以直接地和外部的工作介質循環迴路4連接或直接地通入該工作介質循環迴路中。殼體15除了次級葉輪2之外還圍繞初級葉輪1和進而圍繞工作室3，在工作室中可以形成循環迴路流動24。當前在初級葉輪1的區域中將分接開口 8，如其在圖1中所示出地，設置在殼體15中。在此，其基本上在液力機器的徑向方向上延伸。然而它也可能是另一種形式。在此，多個分接開口 8特別在初級葉輪1的旋轉方向上看去可以裝入殼體15 中。至少一個分接開口 8和回流管路11以及填充通道10以引導工作介質的方式相互連接。 在當前情況下，在回流管路11中，在工作介質的流動方向上看去，第一閥12、接收容器13以及第二閥14順序地布置。當前，填充通道10同樣也裝在殼體15中或者由其形成並且直接地通入填充室21中，該填充室具有比分接開口 8中更低的工作介質壓力。填充室21通過工作介質輸入端22、例如以多個裝入次級葉輪2中的孔的形式，以引導工作介質的方式和工作室3連接。由此，工作介質可以從外部的工作介質循環迴路4以及從回流管路11至少間接地被輸送給工作室3。在運行狀態(制動運行)中關閉第一閥12，而同時打開第二閥14，從而沒有工作介質通過回流管路11流入到接收容器13中，然而工作介質由於填充室21中的相對較低的工作介質壓力而從接收容器13流入到填充室21中。接收容器13在此可以排空。在此，剩餘的工作介質量然而可以停留在接收容器13中。在從運行狀態過渡到非運行狀態中時，相反地打開了第一閥12並且關閉了第二閥14。在此，從初級葉輪1向外加速的工作介質流入回流通道11中並且經過打開的閥12流入接收容器13中，其方法是，基於預先的排空而存在相對較低的壓力。
圖3和4在垂直於液力機器的旋轉軸線17(圖2)的軸向截面圖中示出了根據本發明的液力機器的分接開口 8的兩個另外的實施方式。在此也利用相同的參考標號標註同樣的元件。在圖 3中當前示出了初級葉輪1以及殼體15的一部分。兩者在此界定了間隙23， 通過該間隙，工作介質可以從工作室3流入所示出的壓力分接開口 8中。在初級葉輪1的流動方向或旋轉方向上看在分接開口 8下遊，殼體15這樣設計，即該殼體在其面向初級葉輪1的表面上形成凸出部16。凸出部16在此徑向在朝向於初級葉輪1的方向上延伸。由此在凸出部16的徑向最內部的區域中產生最小的間隙，該間隙略微可通過工作介質並且進而使得工作介質的一大部分在面向分接開口 8的端面上轉向進入分接開口 8。在圖4中取代凸出部16示出了分接開口 8的另一個實施方式。分接開口當前設計為傾斜的孔。這表明，即孔的縱向軸線的延長部在垂直於液力機器的旋轉軸線的軸向截面中看去以割線的形式相交於殼體15。在此，套筒18裝入分接開口 8中。通過這個傾斜的孔，工作介質可以最佳地從間隙23排出到回流管路11中。套筒18在此可以製成為夾緊銷、特別是由鋼製成。參考標號表1 初級葉輪2 次級葉輪3 工作室4工作介質循環迴路5 環形通道6 出口孔7 工作介質出口8 分接開口9輔助室10填充通道11回流管路12 第一閥13接收容器14 第二閥15 殼體16凸出部17旋轉軸線18 套筒19輸入軸20小齒輪21填充室22工作介質輸入端23 間隙24循環迴路流動
權利要求
1. 一種液力機器，特別是減速器，具有外部的工作介質循環迴路(4)，所述液力機器包括1.1安裝有葉片的初級葉輪(1)和安裝有葉片的次級葉輪(2)，所述初級葉輪和所述次級葉輪共同形成圓環面形的工作室(3)，所述工作室可填充來自所述外部的工作介質循環迴路(4)的工作介質，所述工作介質被重新返回引導到所述外部的工作介質循環迴路(4) 中；1.2布置在所述工作室(3)外部的環形通道(5)，所述環形通道通過在所述初級葉輪 (1)或所述次級葉輪(2)中的出口孔(6)以引導工作介質的方式和所述工作室(3)連接並且和所述外部的工作介質循環迴路(4)導流地連接，以便收集從所述工作室(3)中經過所述出口孔(6)排出的工作介質並且輸送至所述外部的工作介質循環迴路(4)；其特徵在於以下特徵，1.3具有至少一個布置在所述工作室(3)之上或之外的分接開口(8)，所述分接開口和所述液力機器的所述工作室(3)導流地連接；和至少一個填充通道(10)，所述填充通道通入所述液力機器之內的相對較低工作介質壓力的區域中並且導流地和所述工作室(3) 連接；其中L 4至少一個所述分接開口(8)和所述填充通道(10)藉助於在所述外部的工作介質循環迴路(4)之外的回流管路(11)這樣以引導工作介質的方式相互連接，即工作介質從至少一個所述分接開口(8)流入所述填充通道(10)中並且從那裡重新流入所述工作室(3)中， 從而在所述外部的工作介質循環迴路(4)之外形成一個工作介質循環迴路。
2.根據權利要求1所述的液力機器，其特徵在於，在所述回流管路(11)中，在所述工作介質的流動方向上看去，第一閥(12)或隔板和接收容器(13)以及第二閥(14)順序地布置。
3.根據權利要求2所述的液力機器，其特徵在於，所述第一閥(12)和所述第二閥(14) 設計為換向閥。
4.根據權利要求1或2所述的液力機器，其特徵在於，所述接收容器(13)的容積小於所述液力機器的循環迴路容積。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的液力機器，其特徵在於，所述液力機器包括殼體(15)，所述殼體圍繞所述初級葉輪(1)和所述次級葉輪(2)，並且至少一個所述分接開口 (8)設置在所述殼體(15)中。
6.根據權利要求5所述的液力機器，其特徵在於，所述殼體(15)在所述殼體的面向所述初級葉輪(1)或所述次級葉輪(2)的側面上在流動方向上看在所述分接開口下遊具有在徑向方向上的凸出部(16)。
7.根據權利要求1至5中任一項所述的液力機器，其特徵在於，所述分接開口(8)設計為穿孔。
8.根據權利要求7所述的液力機器，其特徵在於，所述分接開口(8)的縱向軸線的延長部在軸向截面中垂直於所述液力機器的旋轉軸線(17)以割線的形式穿過所述殼體(15) 延伸。
9.根據權利要求7或8所述的液力機器，其特徵在於，在所述分接開口(8)中設置有套筒(18)。
10. 一種用於使得液力機器的牽引功率最小化的方法，所述液力機器根據權利要求2 至9中任一項所述地設計；所述方法的特徵在於以下步驟10. 1在所述液力機器停止運行時，通過關閉第二閥(14)或使得所述第二閥(14)保持關閉並且可能地也通過打開第一閥(12)或使得所述第一閥(12)保持打開來經過附加的工作介質出口(17)為接收容器(13)填充來自工作腔(3)的工作介質；10. 2在激活所述液力機器或在所述液力機器已經被激活時，通過打開所述第二閥 (14)並且可能地也通過關閉所述第一閥(12)來經過填充通道(10)排空所述接收容器 (13)。
全文摘要
本發明涉及一種液力機器，特別是減速器，具有外部的工作介質循環迴路(4)，該液力機器包括安裝有葉片的初級葉輪(1)和安裝有葉片的次級葉輪(2)，它們共同形成圓環面形的工作室(3)。本發明的特徵在於具有至少一個布置在工作室(3)之上或之外的分接開口(8)，其和液力機器的工作室(3)或輔助室導流地連接；和至少一個填充通道(10)，其通入液力機器之內的相對較低工作介質壓力的區域中並且導流地和工作室(3)連接；其中，至少一個分接開口(8)和填充通道(10)藉助於在外部的工作介質循環迴路(4)之外的回流管路(11)這樣以引導工作介質的方式相互連接，即工作介質從至少一個分接開口(8)流入填充通道(10)中並且從那裡重新流入工作室(3)中。
文檔編號F16D33/10GK102308109SQ201080006949
公開日2012年1月4日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年1月15日
發明者託馬斯·奧赫, 迪特爾·勞克曼, 阿希姆·納赫爾 申請人:沃依特專利有限責任公司