WO2003054407A1 - Hydrodynamische baueinheit - Google Patents

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WO2003054407A1
WO2003054407A1 PCT/EP2002/013224 EP0213224W WO03054407A1 WO 2003054407 A1 WO2003054407 A1 WO 2003054407A1 EP 0213224 W EP0213224 W EP 0213224W WO 03054407 A1 WO03054407 A1 WO 03054407A1
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WO
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impeller
hydrodynamic
primary
housing
unit
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PCT/EP2002/013224
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English (en)
French (fr)
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Werner Klement
Klaus Vogelsang
Martin Becke
Reinhard Kernchen
Karl-Heinz Diele
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Voith Turbo GmbH and Co KG
Original Assignee
Voith Turbo GmbH and Co KG
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/18—Details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D33/00—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type
    • F16D33/06—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit
    • F16D33/16—Rotary fluid couplings or clutches of the hydrokinetic type controlled by changing the amount of liquid in the working circuit by means arranged externally of the coupling or clutch

Definitions

  • the invention relates to a hydrodynamic structural unit, in particular with the features from the preamble of claim 1.
  • Hydrodynamic units are used as starting units in gear units.
  • the design as a combined starting and / or braking device is also conceivable.
  • a starting unit which comprises a hydrodynamic component in the form of a hydrodynamic clutch and a lock-up clutch.
  • the hydrodynamic clutch and the lock-up clutch are connected in parallel.
  • such hydrodynamic clutches have a so-called impeller shell, which is connected to the primary impeller in a rotationally fixed manner. This surrounds the secondary impeller almost completely in the axial direction and in the radial direction.
  • An alternative is to provide a separate filling pump device that supports the hydrodynamic circuit outside the toroidal working space.
  • this version is also associated with additional effort.
  • a major disadvantage also consists in the fact that the throughput quantity depends on the quantity of the operating fluid emerging from the toroidal working space during operation and the conditions of the external circuit. Particularly for use in vehicles, however, very high throughputs must be expected due to the permanent load. These represent a major problem which cannot be satisfactorily achieved without additional aids.
  • the invention is therefore based on the object of further developing a hydrodynamic unit for use as a starting and / or braking unit in such a way that an optimal mode of operation is ensured in all operating states, in particular an optimum operating temperature can be ensured. This means that due to the very high speed when used in vehicles, a very high throughput in the external circuit must be achieved.
  • the solution according to the invention is to be characterized by the least possible design effort, the axial length being kept as short as possible.
  • the hydrodynamic structural unit comprises an input and an output and a hydrodynamic component arranged therebetween, comprising a primary impeller which is at least indirectly, ie directly or indirectly, non-rotatably connected to the input and a secondary impeller which is non-rotatably connectable to the output and which together form a work space which is toroidal.
  • the hydrodynamic component is free of a stator, that is to say it is only a speed conversion device, so that only a variation in the speed on the output side is possible for a specific predetermined power to be transmitted.
  • the hydrodynamic component is free of a primary impeller shell which is coupled in a rotationally fixed manner to the primary impeller and surrounds the secondary impeller in the axial and circumferential directions.
  • the stationary housing offers the advantage that, particularly in the case of fill-level-controlled hydrodynamic components in the form of hydrodynamic couplings, in which the secondary paddle wheel is connected to the output in a rotationally fixed manner during operation, the pressure can be tapped as an input variable to be processed in the stationary housing as a proportional variable to the degree of filling , the tap in the stationary housing is relatively easy to do and the effort required for this can be kept very low.
  • the inner wall of the stationary housing and the outer circumferences of the primary impeller and secondary impeller each delimit an additional impeller space in the axial direction.
  • In the bucket wheel secondary space there are no further partition walls arranged in the axial direction and extending in the radial direction; in the radial direction there is a gap between the housing and the outer circumferences of the bucket wheels. At least part of the gap is sealed off from the rest of the interior, that is to say from the blade wheel side spaces.
  • At least one outlet from the working space is also provided on one of the two paddle wheels and opens out into the part of the gap which is sealed off from the secondary spaces of the paddle wheel by means of the non-contact sealing system.
  • the equipment from the gap is further removed via the stationary housing with or without intermediate storage or via channels or cavities arranged in it.
  • the radial gap is coupled to at least one cavity in the housing.
  • operating fluid passes from the working space through the outlet into the gap. This creates a high usable pressure in this room, which is proportional to the pressure in the work area.
  • the cavity or the channel is designed as a spiral channel.
  • the size of the sealed part of the gap in the radial direction lies in a range between 0 and 25% of the cross section of the entry and exit into and out of the working space.
  • a pressure generated by the hydrodynamic component itself can be maintained in the overall system.
  • This cycle works free of additional funding facilities and is not tied to corresponding restrictions with regard to the management of the line.
  • the external part of the closed circuit can itself be referred to as a cooling circuit, since heat can be dissipated by heat radiation via the line connections between the outlet and the inlet.
  • cooling devices can advantageously be integrated into these.
  • both the two impellers are sealed with respect to the housing, that is to say in a sealing manner, and further that a seal is also provided between the primary impeller and the secondary impeller in the radially inner region, ie below a radial extent of the toroidal working space is.
  • These seals are preferred all designed as contact seals. Versions with rotating unions are also conceivable.
  • means can be provided for generating an influencing pressure on the operating medium carried in the closed circuit. H. there is also the possibility of controlling the degree of filling of the hydrodynamic component.
  • at least one node for the optional connection of means for filling and / or emptying and / or means for presetting the pressure is arranged in the system in the closed circuit.
  • the means for presetting the pressure are preferably connected to the closed circuit in a pressure-tight manner and serve to generate a static superimposed pressure in the closed circuit.
  • the means for presetting pressure preferably comprise a pressure-tightly closed container which is pressure-tightly connected to the closed circuit. The pressure is specified by applying pressure to the container level.
  • Another possibility is to create a print using additional elements. It is crucial, however, that by applying a pressure in a closed circuit there is a possibility of control and regulation in the case of feedback. It is particularly favorable for the control if the controlled variable, i.e. the pressure, in an optimal manner as can be tapped with the solution according to the invention in the stationary housing and enables a correspondingly reliable statement about the pressure in the work area.
  • the controlled variable i.e. the pressure
  • the means of filling usually include one
  • the means for filling and emptying and the means for presetting the pressure are formed by one system in order to simplify the overall system.
  • the filling and emptying is preferably also carried out via the pressure-tight to the closed system connected container and exerting a pressure on the container level or via pumping devices.
  • the non-contact sealing system preferably comprises two non-contact seals running in the circumferential direction between the blade wheels and the housing.
  • the non-contact seals are preferably designed as labyrinth seals.
  • the labyrinth can be designed as a one-sided or two-sided labyrinth.
  • the labyrinth seal can also be designed as an axial or radial labyrinth or a mixed form.
  • the individual options can be combined. According to a particularly advantageous embodiment, however, a one-sided axial labyrinth is used, the sealing surfaces, which are formed by the housing, preferably being flat. This offers the advantage that standardized housings can be used, the manufacture of which requires little accuracy.
  • the respective complementary sealing surface which is shaped by projections and recesses which are arranged in an alternating manner, can then be arranged on one of the paddle wheels or on both. It is crucial that the two sealing points are arranged on both sides of an outlet from the work area.
  • this is preferably aligned as a radial labyrinth, the projections and recesses of a sealing surface being aligned in each case in the working area.
  • This possibility is characterized by a simple assembly.
  • the possibility mentioned under e) further includes the design of a gap in the radial direction between the outer circumference of the secondary blade wheel and the element which is non-rotatably coupled to the primary blade wheel.
  • This element is ring-shaped and is also referred to as a labyrinth ring when the seals are formed as a labyrinth.
  • the ring-shaped element extends in the axial direction over part of the axial extent of the secondary blade wheel and forms a gap of very small size in the radial direction with the outer circumference of the secondary blade wheel, this gap forming a gap seal. That is, in this case, a further non-contact seal is additionally provided between the secondary impeller and the labyrinth ring.
  • the solution with the labyrinth ring offers the advantage that standard paddle wheels can be used here, which only have to be supplemented by the component labyrinth ring. It is not necessary to adapt the design of the primary impeller itself.
  • the solution according to the invention has the advantage that the hydrodynamic structural unit can be preassembled and supplied as a completely self-sufficient unit for different purposes. This can then be combined with other components to form an overall unit. For example, this can be combined with a lock-up clutch for use in automatic or manual transmission units, in particular with suitability for use in automated manual transmissions.
  • the hydrodynamic component can be designed as a starting element in order to achieve positive effects, the hydrodynamic component in the form of the hydrodynamic coupling functioning as a starting element, the drive of which is coupled to the input and the output of which is coupled to the output, between the output the starting element and the output of the hydrodynamic unit and thus the starting unit is provided a free wheel.
  • this freewheel enables the following functional states:
  • a lock-up clutch is additionally provided, which is connected in parallel to the hydrodynamic component, but is only in engagement with the hydrodynamic component during periods of less time or in defined phases, the flow of power between the input and the output of the starting unit being interruptable ,
  • This interruption can occur when using the start-up unit in automated gearboxes with the mechanical transmission part downstream of the start-up unit due to the switchability of the lock-up clutch with simultaneous emptying or already empty hydrodynamic coupling or when using automated gearboxes with a mechanical gearbox part or secondary or group shifting set when switching between the lower gear stages by emptying the hydrodynamic coupling, ie the hydrodynamic component.
  • the output sides of the hydrodynamic clutch and the lock-up clutch are preferably coupled to one another in a rotationally fixed manner via the freewheel.
  • the advantage of such an arrangement in turn essentially consists in the fact that only two states have to be differentiated with regard to the power transmission, this being done purely mechanically via the lock-up clutch or hydrodynamically via the hydrodynamic component. With the appropriate control, the advantages of hydrodynamic power transmission can also be optimally used for certain driving conditions.
  • a device for optionally holding the secondary paddle wheel to operate the element which can be operated as a hydrodynamic clutch in traction mode, optionally also as a hydrodynamic retarder, and thus to enable a wear-free braking device using existing components.
  • a separate hydrodynamic braking device which is used in particular when used in commercial vehicles, can be omitted.
  • the ventilation losses of this retarder when using the hydrodynamic The unit as a combined start / brake unit is small compared to the conventional retarder.
  • the device for holding or coupling the secondary vane wheel to the housing is preferably designed as a braking device in the form of a disk. This takes effect on the output of the hydrodynamic clutch, ie on the secondary impeller.
  • the brake element is connected to the secondary blade wheel between the turbine wheel and the freewheel.
  • FIG. 1 illustrates the schematically simplified representation
  • FIG. 2a illustrates in a schematically simplified representation a further embodiment of a hydrodynamic structural unit designed according to the invention with an external circuit fully integrated in the housing;
  • FIG. 2b illustrates in a schematically simplified representation a further embodiment of a hydrodynamic structural unit designed according to the invention with an external circuit partially integrated in the housing;
  • FIGS. 3a to 3c illustrate different designs of the sealing surfaces
  • FIG. 4 illustrates an embodiment with an arrangement of the sealing system on a labyrinth ring
  • Figures 5a to 5d show arrangements of an outlet channel
  • FIGS. 6a and 6b illustrate in a schematically simplified representation
  • FIGS. 7a and 7b illustrate possible cross sections of an outlet channel
  • FIGS. 8a and 8b illustrate in a schematically simplified representation possible applications of a hydrodynamic structural unit designed according to the invention
  • FIG. 9 illustrates the possibility of filling level control for an embodiment according to FIG. 2b
  • Figure 10 illustrates a spiral configuration of an im
  • Housing with inlet and outlet coupled channel for equipment management in a closed circuit Housing with inlet and outlet coupled channel for equipment management in a closed circuit.
  • FIG. 1 illustrates the basic structure of a hydrodynamic structural unit 1 designed according to the invention with an input E and an output A on the basis of a schematically simplified illustration.
  • This comprises a hydrodynamic component 2.
  • the hydrodynamic component has a primary paddle wheel 3 which is connected to the input E in a rotationally fixed manner and a non-rotatable one Secondary blade wheel 4 which can be coupled to output A and which together form a working space 5 which is toroidal.
  • the hydrodynamic component 2 is free of a stator.
  • the hydrodynamic component 2 can be operated as a hydrodynamic coupling and optionally also as a braking device.
  • the Hydrodynamic unit 1 When the hydrodynamic component 2 is designed as a hydrodynamic coupling, the primary impeller 3 functions as a pump wheel and the secondary impeller 4 as a turbine wheel in traction mode when power is transmitted from input E to output A.
  • the Hydrodynamic unit 1 further comprises a stationary housing 6, which encloses the two paddle wheels in the axial and radial direction to form at least two so-called paddle wheel secondary spaces 7 and 8.
  • the hydrodynamic structural unit 1 is also free of a primary ad shell which is coupled to the primary impeller 3 in a rotationally fixed manner.
  • the impeller side spaces 7 and 8 are formed or limited directly by the outer circumferences of the individual impellers - the outer circumference 9 of the primary impeller 3 and the outer circumference 10 of the secondary impeller 4 and the inner wall 11 of the stationary housing 6.
  • the two blade wheel secondary spaces 7 and 8 form the housing interior 14.
  • a gap 13 is provided between the inner wall 11 of the housing 6, in particular the surface or surfaces 12 facing the blade wheels - primary blade wheel 3 and secondary blade wheel 4 and the two blade wheels - primary blade wheel 3 and secondary blade wheel 4 -
  • a gap 13 is provided. This or at least part of it is sealed off from the rest of the housing interior 14, ie the paddle wheel adjacent spaces 7 and 8, by means of a non-contact sealing system 15.
  • the sealed part of the gap 13 is designated 54.
  • An outlet 16 from the toroidal working space 5 is arranged on the primary impeller 3 or, as shown in FIG. 1, in the region of the parting plane T between the two impellers 3 and 4. This opens into the sealed part 54 of the gap 13.
  • the paddlewheels, primary paddlewheel 13 and secondary paddlewheel 14 or the elements coupled to them in a rotationally fixed manner are guided tightly in the housing 6.
  • At least one contacting direction 55 is provided between the input E or an element which is coupled at least indirectly in a rotationally fixed manner to this and the primary impeller 3 and the housing 6. In analogy, this also applies to output A or the secondary paddle wheel 4, which is at least indirectly rotationally fixedly coupled to it.
  • the seal between secondary paddle wheel 4 or output A or an at least indirect, ie, directly or indirectly via further transmission elements, is coupled to this secondary paddle wheel 4 56 designated.
  • the sealed part 54 of the gap 13 is in turn connected to a space outside the housing interior 14.
  • the coupling preferably takes place via channels or cavities 18 arranged in the wall 17 of the housing 6.
  • at least one inlet 19 is provided on the housing 6, which is coupled to the sealed part 54 of the gap 13.
  • the solution according to the invention makes it possible to guide operating materials from the toroidal working space 5 with high pressure into the sealed part 54 of the gap 13 and from there via the inlet 19 on the housing 6. Because of the high pressure, the operating medium can be guided in a circuit 20 external to the working space 5 without additional aids, for example pumping devices.
  • This external circuit 20 is shown in FIGS. 2a and 2b for an embodiment according to FIG. This is assigned to the hydrodynamic component 2, in particular the working space 5.
  • the external circuit 20 can, as shown schematically in FIG. 2a, be completely integrated in the stationary housing 6. This is designated 20.2a.
  • This solution represents a particularly advantageous embodiment, since a complete system comprising a hydrodynamic structural unit 1 with an integrated external circuit 20.2a can already be offered preassembled.
  • This external circuit 20.2a is part of a resource supply system 21, which in the simplest case consists of this and the closed circuit 22 when connected to a resource source.
  • a resource supply system 21 which in the simplest case consists of this and the closed circuit 22 when connected to a resource source.
  • the operating medium supply system 21 can be formed from a closed circuit 23, external circuit 20.2a and further components, which can also be part of other operating medium supply systems or a central operating medium supply system.
  • the closed circuit 20.2a which is part of the operating medium supply system 21, can be used on the one hand as a cooling circuit, which is always a certain amount when the hydrodynamic component 2 is in operation Operating equipment branches out of the working circuit 23 in the toroidal working space 5 and supplies it again externally via the circuit 20.2a.
  • the external circuit 20.2a is part of the closed circuit 22, which additionally includes the working circuit 23 which is set in the toroidal working space 5.
  • the external circuit 20.2a is coupled to at least one outlet 16 from the toroidal working chamber 5 and an inlet 24 into the toroidal working chamber.
  • Cooling devices 27.2a for example in the form of heat exchangers 25, can be provided in the external circuit 20.2a. The cooling can take place solely through the circulation or, as shown here, indirectly via a heat exchanger 25.
  • the external circuit 20.2a of the closed circuit 22 is used to control the degree of filling of the hydrodynamic component 2.
  • a so-called working circuit 23 is established in the toroidal working space 5, which is also referred to as the hydrodynamic circuit.
  • the working circuit 23 is assigned at least the outlet 16 in the form of a channel 26 and an inlet 24.
  • the closed circuit 22 is designed as a closed pressure system, ie pressure-tight.
  • at least one seal 57 is additionally provided between the primary impeller 3 and the secondary impeller 4 in the area of the inner dimensions of the toroidal working space 5. This is designed as a contact seal.
  • the pressure-tight design offers the advantage of being able to actively control and additionally regulate the degree of filling by applying an overlay pressure.
  • FIG. 2b illustrates the guidance of the external part 20.2b schematically, only partially in the stationary housing 6.
  • the housing has 6 connections 27 and 28, which have at least one outlet 29 from the housing and an inlet 30 into the housing for part of the external Circuit 20.2b illustrate, here the connection 27 the outlet 29 and the connection 28 the inlet 30 in the housing 6.
  • means 27.2b are provided for influencing the temperature of the operating medium guided in the closed circuit 22. These include a cooling device for direct cooling of the equipment.
  • the closed circuit 22 is part of the equipment supply system.
  • the control of the operating medium volume flow in the closed circuit 22, in particular in the external part 20.2a or 20.2b, can take place differently. In the simplest case, this takes place as a function of the speed of the rotating circuit parts or is temporarily stored behind the outlet 16 in an outflow space or in a chamber coupled to it.
  • a high flow rate at the outlet 16 is required. This is realized by the meridian flow in the toroidal working space 5 and the exit into the sealed part 54 of the gap 13.
  • This high pressure is directly proportional to the pressure in the toroidal working space 5 and can be tapped in a very simple manner at the inlet 19 into the housing 6 or into a channel or cavity 18 coupled to it in the housing 6.
  • the devices required for this in the form of pressure sensors, here the pressure sensor 58 in FIG. 2a, for example, can thus be mounted on a stationary element.
  • the non-contact sealing system 15 generally always has two non-contact seals 31 and 32, which are arranged in the axial direction on both sides of the gap 13. Both non-contact Seals are preferably designed as labyrinth seals.
  • the labyrinth seal can be designed as a one-sided labyrinth or in each case two-sided labyrinth, the former option preferably being used because of the considerably simpler assembly.
  • the contact-free seals 31 and 32 are each arranged between the blade wheels 3 and 4 and the inner wall 11 of the housing 6 on both sides of the parting plane T.
  • the sealed part 54 of the gap 13 thus extends on both sides of the parting plane T in the axial direction, preferably symmetrically.
  • the embodiment according to FIG. 2a shows an arrangement of the sealed part 54 of the gap 13 with an extension in the axial direction from the parting plane T via the axial extension of the pump wheel 3.
  • the seal 31 between the secondary impeller 4 and the housing 6 is arranged directly in the region of the parting plane T, that is, the sealed part 54 does not extend in the axial direction over the axial extent of the secondary impeller 4.
  • FIG. 2a shows an arrangement of the sealed part 54 of the gap 13 with an extension in the axial direction from the parting plane T via the axial extension of the pump wheel 3.
  • the seal 31 between the secondary impeller 4 and the housing 6 is arranged directly in the region of the parting plane T, that is, the sealed part 54 does not extend in the axial direction over the axial extent of the secondary impeller 4.
  • both seals 31 and 32 are arranged at a different distance from the parting plane T, so that the sealed part extends in the axial direction over part of the axial extent of the primary impeller 3 and part of the axial extent of the secondary impeller 4.
  • the possibilities shown in FIGS. 1, 2a and 2b can be interchanged with one another as desired and are not tied to the designs of the hydrodynamic structural unit 1 shown in the figures.
  • each non-contact seal can be formed by different elements.
  • the design options shown in the following figures can also be applied to the designs in FIGS. 1 and 2.
  • the channels or cavities 18 are designed in such a way that this increases spirally in the direction away from the inlet 30. This solution is used in particular for designs with circuit parts partially guided outside the housing 6, as shown in FIG. 2b.
  • the inlet 30 is coupled to the outlet 29 via the channel 18.
  • the part opening to the outlet 29 is also referred to as the outlet channel.
  • the channel serves to convert the flow into pressure in the outlet from the housing 6 with relatively little loss and thus to increase the volume flow.
  • a sectional view for the spiral channel 18 in the housing 6 is shown in FIG. 10.
  • the individual sealing surfaces are formed in the example of a two-sided radial labyrinth on the primary impeller 3 and on the secondary impeller 4 and the inner wall 11, in particular the surface 12 of the stationary housing 6 pointing in the radial direction to the impellers 3 and 4 ,
  • the constructionally more detailed representation of the embodiment according to FIG. 3a corresponds in principle to that shown in FIG. 2a, but the axial arrangement of primary impeller 3 and secondary impeller 4 have been interchanged.
  • the cavity or the channels 18, the inlet 24 into the toroidal working chamber 5 and the outlet 16 in the form of a channel 18 are clearly visible here.
  • the arrangement of the individual non-contact seals 31 and 32 corresponds to that described in FIG. 3a.
  • a first sealing surface 33.31a of the seal 31 arranged between the secondary impeller 4 and the housing 6 is formed from the outer circumference on the secondary impeller 4.
  • the second, complementary sealing surface 33.32a of the contact-free seal 31 is formed by the inner wall 11, in particular a partial surface 64 of the surface 12, on the housing 6.
  • the first sealing surface 34.31a of the non-contact seal 32 is formed by the outer circumference 9 of the primary impeller, while the second sealing surface of the labyrinth seal, here designated 34.32a, by Inner circumference or the inner wall 11 of the stationary housing 6 is formed. All sealing surfaces have projections and recesses which interact with those of the complementary sealing surface to form a labyrinth gap. In the embodiment shown in FIG.
  • the non-contact seal 31 is arranged in the region of the parting plane T between the primary impeller and the secondary impeller on the secondary impeller 4, while the second non-contact seal 32.3a on the primary impeller 3 is viewed in the axial direction from the parting plane T behind the outlet 16 is arranged on the primary impeller 3.
  • 3a illustrates a constructive embodiment of a hydrodynamic structural unit 1 designed according to the invention for an embodiment according to FIG. 2b with a circuit 20 guided at least partially outside the housing 6, only the part guided in the housing 6 being shown here.
  • FIG. 3b illustrates a further possibility of arranging the non-contact seals 31.3b and 32.3b of the non-contact sealing system 15.3b on the basis of a detail corresponding to the detail X from the hydrodynamic structural unit 1 according to FIG. 3a.
  • both non-contact seals 31 and 32 are arranged between the inner wall 11 of the housing 6 and the outer circumference 9 of the primary impeller 9.3b.
  • the first sealing surface 33.31b of the non-contact seal 31 is formed by the outer circumference of the primary impeller 3. This also applies to the first sealing surface 34.31b of the non-contact seal 32.
  • the respective complementary sealing surfaces 33.32b and 34.32b of the first and second non-contact seals 31 and 32 are formed by the inner wall 11 of the housing.
  • the two non-contact seals 31 and 32 are arranged on both sides of the outlet 16.
  • the non-contact seals 31 and 32 are designed as a one-sided axial labyrinth seal.
  • the sealing surfaces 33.32b and 34.32b are flat and the sealing surfaces 33.31b and 34.31b are characterized by alternating projections and recesses.
  • 59 and 60 shown in detail Y This solution offers the advantage that a conventional housing 6 can be used. In addition to simpler production, assembly is also very easy.
  • FIG. 3c exemplifies an embodiment of the individual non-contact seals 31 and 32 of the non-contact sealing system 15 with a two-sided radial labyrinth.
  • the sealing surfaces 33.31c, 33.32c and 34.31c, 34.32c extend in the radial direction and point in the axial direction.
  • the housing 6 In the case of radial two-sided labyrinths, however, the housing 6 must be made in two parts for assembly purposes in the axial direction, the parting plane having to be arranged in the region of the sealed part 54 of the gap 13.
  • FIGS. 3a to 3c can be used for any embodiment of the basic system according to the invention.
  • the specific selection of the design of the individual sealing surfaces and the type of arrangement is at the discretion of the responsible specialist.
  • FIG. 4 illustrates a further embodiment of a non-contact sealing system 15.4 for a hydrodynamic structural unit 1.4, which is constructed analogously to that shown in FIG. 3a.
  • the same reference numerals are therefore used for the same elements.
  • the two non-contact seals 31.4 and 32.4 are arranged on a labyrinth ring 35 which is coupled non-rotatably to the primary impeller 3.4. This can be non-positively, positively or materially connected to the primary impeller 3.4.
  • the labyrinth ring 35 extends in the axial direction over part of the axial extent of the secondary vane wheel 4.4 from the parting plane T, forming a gap 36 in the radial direction between the outer circumference 10.4 of the secondary vane wheel and the labyrinth ring 35, in particular a surface facing the secondary vane wheel 4.4 61 on the labyrinth ring 35.
  • the outlet 16.4 extends from the toroidal working space 5 through the labyrinth ring 35 in the radial and sometimes also in the axial direction.
  • the gap 13.4 is formed between the labyrinth ring 35, ie at least one surface 62 directed in the radial direction to the inner wall 11.4 of the housing 6.4 or a surface 62 facing away from the secondary impeller 4, and the inner wall 11.4 of the housing 6.4.
  • the sealing points are arranged on both sides of the exit from the toroidal working space 5.4 on the labyrinth ring 35 and limit the part 54 of the gap 13.4.
  • the seals 31.4 and 32.4 can in turn be designed as a one-sided or two-sided labyrinth seal. There are also several options with regard to the arrangement of the seals 31.4 and 32.4.
  • secondary impeller 4.4 and primary impeller 3.4 in the axial direction, these can be arranged in axial planes, which are characterized by the axial extent of the primary impeller 3.4 or the axial extent of the primary impeller 3.4 and secondary impeller 4.4. It is crucial, however, that the sealed part 54.4 of the gap 13.4 thus formed is coupled to the outlet 16.4 from the working space 5.4. In the case shown, the arrangement corresponds to an arrangement according to FIG. 2b.
  • the outlet 16 is provided on the primary impeller 3 for all the solutions shown hitherto and is designed, for example, as a channel 37, as shown in FIG.
  • the channel 37 connects the toroidal working space 5 with the space outside the toroidal working space, ie the housing interior 14, which is delimited by the housing inner wall 11.
  • the channel 37 extends through the wall 38 of the primary impeller 3. This is designed and aligned such that at least one directional component in the flow direction in the operating state of the hydrodynamic component 2 between the primary impeller 3 and the secondary impeller 4 and essentially tangential to the in the operating state adjusting circuit contour of the flow circuit, ie working circuit 23, is aligned in the toroidal working space 5.
  • the channel 37 is part of the external circuit 20, which is connected between the outlet 16 and the inlet 24 into the working space 11 and is part of the closed circuit 22.
  • the channel 37 is preferably designed such that it is oriented tangentially in the direction of the circuit contour, ie the working circuit 23 in the operating state and in the direction of flow. This arrangement makes it possible to ensure that equipment is removed from the work space 5 with the least possible resistance and loss of flow velocity.
  • a plurality of channels 37 are preferably provided on the primary impeller 3.
  • Circumferential lines mean theoretically imaginary lines on the outer circumference of the primary impeller 3, which run parallel to the imaginary center plane or parting plane T between the primary impeller 3 and the secondary impeller 4 in the installed state of the hydrodynamic component 2. It is possible to arrange the arrangement alternately on different circumferential lines.
  • FIG. 5b One possibility of this arrangement is shown in a schematically simplified representation in FIG. 5b in a view from above of a primary paddle wheel 3.
  • the primary impeller is labeled 3, the channels 37.15b to 37.n5b.
  • FIG. 5c An arrangement of a plurality of channels 37.15c to 37.n5c on a circumferential line is shown in a view from above of a primary impeller 3 in FIG. 5c.
  • the individual channels 37.15c to 37.n5c between the toroidal working space 5 and the housing interior 14 are designed on a circumferential line at constant intervals a or according to FIG. 5d with different distances between two channels 37.15d to 37.n5d adjacent to one another in the circumferential direction. These distances are designated a1 and a2.
  • 5a to 5d illustrate designs with a constant cross section of channel 37 or channels 37.1 to 37.n, 37.15c to 37.n5c and 37.15d to 37.n5d, in the flow direction from toroidal working space 5 to sealed part 54 of gap 13 considered.
  • FIG. 6 it is also the possibility according to an embodiment in FIG. 6 to carry out these channels 37 with a change in cross-section between the toroidal working space 5 and the outer circumference 9 on the primary impeller 3 or the labyrinth ring 35 coupled to it in a rotationally fixed manner.
  • a possibility with a constant gradual reduction in cross-section from the inner circumference to the outer circumference 9 of the primary impeller 3 or the labyrinth ring 35 is shown in FIG.
  • the channel 37 narrows steadily towards the outer circumference 9.
  • FIGS. 7a and 7b illustrate the design of the channel 37 with a circular cross-section and FIG. 7b with an oval cross-section.
  • FIG. 8b illustrates in a schematically highly simplified representation an embodiment and application of the hydrodynamic assembly 1 according to the invention, in which the hydrodynamic component 2 can function not only as a hydrodynamic clutch but also as a hydrodynamic brake.
  • the hydrodynamic structural unit is therefore designated 1.8a.
  • the hydrodynamic unit 1.8 is preferably designed as a combined starting and braking unit 39, as shown in FIG. 8b.
  • FIG. 8a shows only one version of the assembly 1.8a as the starting unit 63 with an additional possibility of load-free switching and thus the possibility of use in automated manual transmissions.
  • the Hydrodynamic component 2 forms the starting element 40 in both.
  • a lock-up clutch 41 can be integrated in the combined starting and braking unit 39 according to FIG. 8b or the starting unit 63 according to FIG. 8a, but this is preferably carried out separately.
  • the input E of the hydrodynamic unit 1.8 which either directly forms the input E of the combined starting and braking unit 39 or the starting unit 63 or is coupled to it, for example via the lock-up clutch 41 belonging to this, is with a drive machine (not shown here) at least indirectly connected.
  • the output A of the hydrodynamic unit 1.8a or 1.8b generally also forms the output of the combined starting and / or braking unit 39 or the starting unit 63.
  • the designations input E and output A always refer to the direction of force flow in traction operation viewed from the engine to the output.
  • the inputs E and outputs A can be designed in the form of solid or hollow shafts or flange-like elements or flexplates, each of which can be coupled in a known manner to the corresponding connection elements - drive machine or switching stage.
  • the hydrodynamic component 2 when functioning as a hydrodynamic clutch, also includes a drive 42 and an output 43.
  • the drive 42 is formed by the primary impeller 3 and the output by the secondary impeller 4.
  • a freewheel F is provided between the secondary impeller 4 or the output 43 of the hydrodynamic clutch and the output A. The freewheel F makes it possible to prevent excessive wear in the synchronizing devices during the gear change and thus to increase comfort.
  • Such start-up units are generally coupled in a drive train to a speed / torque converter, that is to say a transmission, or form a transmission assembly with corresponding gear stages.
  • the overall transmission then consists of the starting unit and the downstream speed / torque conversion units. This has the input as the input E of the starting unit 39.
  • the transmission input shaft which is formed by the input E of the starting unit, must be torque-free and decoupled from additional dimensions. Otherwise there would be the danger that the synchronizing elements and / or claws of the shifting elements, in particular the transmission stages arranged downstream of the starting unit 39, would not be able to cope with the gear stage change or would be subjected to considerable stress and wear.
  • both the drive machine and the secondary paddle wheel 4.8a or 4.8b are uncoupled from the input shaft E in order to change gear stages.
  • the freewheel F can additionally be used by means of an additional braking device 44 according to FIG. 8b to determine the secondary impeller 4.
  • This additional braking device 44 is preferably designed as a disk-type disk braking device and coupled to the output 43 of the hydrodynamic component 2 before the freewheel F.
  • the braking device 44 comprises at least a first stationary disk 45, which is preferably arranged on the housing 6, and a second disk element 46, which can be brought into operative connection with the stationary disk 45 at least indirectly, ie directly or via further interposed disk elements.
  • the second disk element 46 is rotatably coupled to the output 43, in particular the secondary blade wheel 4.8b.
  • the hydrodynamic component 2 at least two operating states can thus be used - a first operating state for power transmission, which comes into question in particular during the starting process when used in transmissions of vehicles and describes the function of a hydrodynamic clutch and a second operating state for braking, i.e. the function as a retarder - will be realized.
  • the function of the stator vane wheel is assigned by fixing it to the stationary transmission parts, in particular the housing 6, to the secondary vane wheel 4, ie to the turbine wheel, which functions as a hydrodynamic clutch.
  • the function of the rotor blade wheel is from the primary blade wheel 3, which functions as a pump wheel when functioning as a hydrodynamic clutch.
  • FIG. 9 illustrates a system for controlling the degree of filling using an embodiment according to FIG. 2b.
  • the same reference numerals are therefore used for the same elements.
  • the operating medium exits at a correspondingly high pressure from the toroidal working space 5 via the channel 37 into the housing interior 14, in particular the gap 13. Because of the very high pressure difference between the outlet 16 from the toroidal working chamber 5 and the inlet 24, these can be used to maintain a cooling volume flow during the operation of the hydrodynamic component.
  • Means 48 for filling and means 49 for pressurizing are assigned to the external circuit 20 in order to influence the functions of loss and resource tracking and to influence the degree of filling in the toroidal working space 5 of the hydrodynamic component 2. These means 48 and 49 can be connected to the closed circuit 20 via a node 50.
  • the node 50 is formed by a valve system 51, which enables a complete decoupling of the means for filling 48 and of means 49 for applying pressure, and permits coupling in another switching position.
  • the design of the means for filling 48 and the means for presetting 49 can take a variety of forms, preferably these means for filling 48 and the means for presetting 49 are formed by a common element or system or by using the same elements. This can be, for example
  • Operating resource supply tank 52 which is indirectly connected to the closed circuit 20 via the node 50 via an additional energy source, for example a hydrostatic pump or another device. In this case, a loss of resource replenishment takes place from the external resource supply tank 52. Furthermore, if the equipment supply tank 52 is completely pressure-tight or connected, At the node 50, a static overlay pressure is generated in the closed circuit 20, this pressure being generated either by a corresponding pump device or, for example, air on the operating medium level in the external operating medium supply tank 52.
  • the resource level is designated 53.
  • Recesses facing the secondary paddle wheel face on the labyrinth ring in the radial direction towards the inner wall of the housing 6

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Abstract

Eine hydrodynamische Baueinheit gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale - das hydrodynamische Bauelement (2) ist frei von einer mit dem Primärschaufelrad (3) drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad (4) in axialer und in Umfangsrichtung umschliessenden Primärschaufelradschale; - die Innenwand (11) des ruhenden Gehäuses (6) und wenigstens ein Teil der Aussenumfänge von Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad begrenzen in axialer Richtung jeweils einen Schaufelradnebenraum(7, 8); - zwischen dem Primärschaufelrad und dem Sekundärschaufelrad und einem in radialer Richtung zu den Schaufelrädern hin weisenden Teil der Innenwand des Gehäuses ist in radialer Richtung ein Spalt (13) vorgesehen; - wenigstens ein Teil des Spaltes ist mittels eines berührungsfreien Dichtsystems (15) gegenüber den Schaufelradnebenräumen (7, 8) abgedichtet; - mit mindestens einem, an einem Schaufelrad oder zwischen diesen angeordneten Austritt (16) aus dem Arbeitsraum; - der Austritt (16) mündet in den mittels des berührungsfreien Dichtungssystems gegenüber den Schaufelradnebenräumen abgedichteten Teil des Spaltes.

Description

Hydrodynamische Baueinheit
Die Erfindung betrifft eine hydrodynamische Baueinheit, im einzelnen mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Hydrodynamische Baueinheiten werden in Getriebebaueinheiten als Anfahreinheit eingesetzt. Denkbar ist auch die Ausführung als kombinierte Anfahr- und/oder Bremseinrichtung. Aus der Druckschrift WO 00/55020 ist eine Ausführung einer Anfahreinheit bekannt, welche ein hydrodynamisches Bauelement in Form einer hydrodynamischen Kupplung und eine Überbrückungskupplung umfaßt. Die hydrodynamische Kupplung und die Überbrückungskupplung sind parallel geschaltet. In der Regel weisen derartige hydrodynamische Kupplungen eine sogenannte Pumpenradschale auf, welche drehfest mit dem Primärschaufelrad verbunden ist. Diese umschließt das Sekundärschaufelrad in axialer Richtung und in radialer Richtung fast vollständig. Um während des Betriebes der hydrodynamischen Kupplung die entstehende Wärme abzuführen, ist dieser in der Regel ein externer Kühlmittelkreislauf zugeordnet, über welchen Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum nach außerhalb des Arbeitsraumes geführt wird und nach Kühlung wieder in den Arbeitsraum eintritt. Derartige durchflußgesteuerte Kupplungen sind für eine Vielzahl von Einsatzfällen, insbesondere für stationäre Anwendungen bekannt. In der Regel wird zur Realisierung eines Betriebsmittelumlaufes außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes ein Schöpfrohr verwendet, welches das Betriebsmittel aus der rotierenden Pumpenradschale aufnimmt und wieder dem Eintritt in den torusförmigen Arbeitsraum zuführt. Für Ausführungen als Anfahreinheit in Getriebebaueinheiten stellt sich dabei die Problematik, daß derartige hydrodynamische Baueinheiten in axialer Richtung enormen Bauraum benötigen, welche insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen nicht zur Verfügung steht. Eine Alternative besteht im Vorsehen einer separaten Füllpumpeneinrichtung, welche den hydrodynamischen Kreislauf außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes unterstützt. Allerdings ist auch diese Ausführung mit Zusatzaufwand verbunden. Ein wesentlicher Nachteil besteht auch darin, daß die Durchsatzmenge von der Menge des aus dem torusförmigen Arbeitsraum austretenden Betriebsmittels während des Betriebes und den Gegebenheiten des externen Kreislaufes abhängt. Insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen muß jedoch aufgrund der Dauerbelastung mit sehr hohen Durchsatzmengen gerechnet werden. Diese stellen ein wesentliches Problem dar, welche ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht befriedigend erzielt werden können.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Baueinheit für den Einsatz als Anfahr- und/oder Bremseinheit derart weiter zu entwickeln, daß in allen Betriebszuständen eine optimale Betriebsweise gewährleistet wird, insbesondere eine optimale Betriebsmitteltemperatur gewährleistet werden kann. Dies bedeutet, daß aufgrund der sehr hohen Drehzahl beim Einsatz in Fahrzeugen ein sehr hoher Durchsatz im externen Kreislauf erzielt werden muß. Die erfindungsgemäße Lösung soll sich dabei durch einen möglichst geringen konstruktiven Aufwand auszeichnen, wobei die axiale Baulänge möglichst gering zu halten ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die hydrodynamische Baueinheit umfaßt einen Eingang und einen Ausgang und ein dazwischen angeordnetes hydrodynamisches Bauelement, umfassend ein mit dem Eingang wenigstens mittelbar, d. h. direkt oder indirekt drehfest verbundenes Primärschaufelrad und ein mit dem Ausgang drehfest verbindbares Sekundärschaufelrad, die miteinander einen Arbeitsraum bilden, der torusförmig ist. Das hydrodynamische Bauelement ist frei von einem Leitrad, d.h. es handelt sich lediglich um eine Drehzahlwandlungseinrichtung, so daß für eine bestimmte vorgegebene zu übertragende Leistung lediglich eine Variation hinsichtlich der Drehzahl an der Abtriebsseite möglich ist. Zwischen An- und Abtriebsseite, d.h. Primär- und Sekundärschaufelrad, herrscht dabei Momentengleichheit. Beide Schaufelräder sind des weiteren von einem ruhenden Gehäuse umschlossen. Dies bedeutet, daß das hydrodynamische Bauelement frei von einer mit dem Primärschaufelrad drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad in axialer und in Umfangsrichtung umschließenden Primärschaufelradschale ist. Im vom ruhenden Gehäuse gebildeten Innenraum sind somit lediglich die beiden Schaufelräder - Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad - angeordnet. Das ruhende Gehäuse bietet dabei den Vorteil, daß insbesondere bei füllungsgradgesteuerten hydrodynamischen Bauelementen in Form von hydrodynamischen Kupplungen, bei welchen das Sekundärschaufelrad drehfest im Betrieb mit dem Ausgang verbunden ist, den Druck als zu verarbeitende Eingangsgröße im ruhenden Gehäuse als proportionale Größe zum Füllungsgrad abgegriffen werden kann, wobei der Abgriff im ruhenden Gehäuse relativ einfach zu bewerkstelligen ist und der dafür erforderliche Aufwand sehr gering gehalten werden kann. Die Innenwand des ruhenden Gehäuses und die Außenumfänge von Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad begrenzen dabei in axialer Richtung jeweils einen Schaufelradnebenraum. Im Schaufelradnebenraum sind keine weiteren in axialer Richtung angeordneten und sich in radialer Richtung erstreckenden Trennwände vorgesehen, in radialer Richtung ist zwischen dem Gehäuse und den Außenumfängen der Schaufelräder ein Spalt vorgesehen. Wenigstens ein Teil des Spaltes ist gegenüber dem restlichen Innenraum, d.h. den Schaufelradnebenräumen abgedichtet. An einem der beiden Schaufelräder ist ferner mindestens ein Austritt aus dem Arbeitsraum vorgesehen, welcher in den mittels des berührungsfreien Dichtsystems gegenüber den Schaufelradnebenräume abgedichteten Teil des Spaltes mündet. Das Betriebsmittel aus dem Spalt wird des weiteren über das ruhende Gehäuse mit oder ohne Zwischenspeicherung oder über in diesem angeordnete Kanäle oder Hohlräume abgeführt. Zu diesem Zweck ist der radiale Spalt mit mindestens einem Hohlraum im Gehäuse gekoppelt. Während des Betriebes des hydrodynamischen Bauelementes gelangt Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum über den Austritt in den Spalt. Dadurch baut sich in diesem Raum ein hoher nutzbarer Druck auf, welcher proportional zum Druck im Arbeitsraum ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hohlraum bzw. der Kanal als Spiralkanal, ausgeführt.
Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung liegt die Größe des abgedichteten Teils des Spaltes in radialer Richtung durch eine Größenangabe im Bereich zwischen 0 und einschließlich 25 % des Querschnittes von Ein- und Austritt in bzw. aus dem Arbeitsraum. Dadurch baut sich in diesem Raum ein sehr hoher nutzbarer Druck auf, welcher aufgrund der hohen Druckdifferenz zwischen diesem Raum und dem Eintritt bzw. Zufuhrraum zum torusförmigen Arbeitsraum der Aufrechterhaltung eines Betriebsmittelstromes vom Arbeitsraum zum Arbeitsraum in allen Betriebszuständen der hydrodynamischen Kupplung bei Führung in einem Kreislauf gewährleistet. Das Betriebsmittel wird dabei als Teilströmung zum eigentlichen Arbeitskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum über Kanäle im Gehäuse oder über ein Leitungssystem geführt. Die Zufuhr erfolgt wiederum zum Eintritt in den Arbeitsraum des hydrodynamischen Bauelementes. Insbesondere bei druckdichter Ausführung des geschlossenen Kreislaufes, welcher vom Arbeitskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum und im externen Teil, welcher außerhalb des Arbeitsraumes geführt wird, gebildet wird, kann ein durch das hydrodynamische Bauelement selbst erzeugter Druck im Gesamtsystem aufrechterhalten werden. Dieser Kreislauf funktioniert dabei frei von zusätzlichen Fördereinrichtungen und ist dabei nicht an entsprechende Restriktionen bezüglich der Leitungsführung gebunden. Der externe Teil des geschlossenen Kreislaufes kann dabei für sich allein schon als Kühlkreislauf bezeichnet werden, da über die Leitungsverbindungen zwischen dem Ablauf und dem Zulauf Wärme durch Wärmestrahlung abgeführt werden kann. Zusätzlich können in vorteilhafter Weise Kühleinrichtungen in diesen integriert werden. Zur druckdichten Ausführung ist dabei erforderlich, daß sowohl die beiden Schaufelräder gegenüber dem Gehäuse abgedichtet werden, d.h. dichtend geführt, und des weiteren, daß zwischen dem Primärschaufelrad und dem Sekundärschaufelrad ebenfalls im radial inneren Bereich, d.h. unterhalb einer radialen Erstrecküng des torusförmigen Arbeitsraumes eine Dichtung vorgesehen ist. Diese Dichtungen sind vorzugsweise alle als berührende Dichtungen ausgeführt. Ausführungen mit Drehdurchführungen sind ebenfalls denkbar.
Unter einem weiteren Aspekt können bei druckdichter Ausführung des geschlossenen Kreislaufes Mittel zur Erzeugung eines Beeinflussungsdruckes auf das im geschlossenen Kreislauf geführte Betriebsmittel vorgesehen werden, d. h. es besteht zusätzlich die Möglichkeit, den Füllungsgrad des hydrodynamischen Bauelementes zu steuern. Unter einem weiteren Aspekt ist im geschlossenen Kreislauf mindestens eine Knotenstelle zum wahlweisen Anschluß von Mitteln zur Befüllung und/oder Entleerung und/oder Mittel zur Druckvorgabe im System angeordnet. Die Mittel zur Druckvorgabe sind dabei vorzugsweise druckdicht an den geschlossenen Kreislauf angeschlossen und dienen der Erzeugung eines statischen Überlagerungsdruckes im geschlossenen Kreislauf. Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Druckvorgabe einen druckdicht abgeschlossenen Behälter, welcher druckdicht mit dem geschlossenen Kreislauf verbunden ist. Die Druckvorgabe erfolgt dabei durch Aufbringen eines Druckes auf den Behälterspiegel. Eine andere Möglichkeit besteht in der Erzeugung eines Druckes durch zusätzliche Elemente. Entscheidend ist jedoch, daß durch Aufbringen eines Druckes im geschlossenen Kreislauf eine Möglichkeit der Steuerung und Regelung bei Rückführung gegeben ist. Insbesondere für die Regelung ist es besonders günstig, wenn die Regelgröße, d.h. der Druck, in optimaler Weise wie mit der erfindungsgemäßen Lösung im ruhenden Gehäuse abgegriffen werden kann und eine entsprechend zuverlässige Aussage über den Druck im Arbeitsraum ermöglicht.
Die Mittel zur Befüllung umfassen in der Regel eine
Betriebsmittelspeichereinrichtung und Mittel zum Betriebsmitteltransport. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung werden zur Vereinfachung des Gesamtsystems die Mittel zur Befüllung und Entleerung und die Mittel zur Druckvorgabe von einem System gebildet. Die Befüllung und Entleerung erfolgt dabei vorzugsweise ebenfalls über den druckdicht an das geschlossene System angeschlossenen Behälter und Ausübung eines Druckes auf den Behälterspiegel oder über Pumpeinrichtungen.
Für die Ausführung der Dichtungen selbst, insbesondere des berührungsfreien Dichtsystems bestehen eine Vielzahl von Möglichkeiten. Dieses umfaßt vorzugsweise zwei in Umfangsrichtung verlaufende berührungsfreie Dichtungen zwischen den Schaufelrädern und dem Gehäuse. Vorzugsweise sind die berührungsfreien Dichtungen als Labyrinthdichtungen ausgeführt. Dabei kann das Labyrinth als einseitiges oder zweiseitiges Labyrinth ausgestaltet werden. Die Labyrinthdichtung kann ferner als axiales oder radiales Labyrinth oder eine Mischform ausgeführt sein. Die einzelnen Möglichkeiten können miteinander kombiniert werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird jedoch ein einseitiges axiales Labyrinth verwendet, wobei die Dichtflächen, welche vom Gehäuse gebildet werden, vorzugsweise eben ausgeführt sind. Dies bietet den Vorteil, daß standardisierte Gehäuse verwendet werden können, an deren Herstellung nur geringe Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit zu stellen sind. Die jeweils dazu komplementäre Dichtfläche, welche von Vorsprüngen und Ausnehmungen, die in alternierender Weise angeordnet sind, geprägt wird, kann dann an einem der Schaufelräder oder an beiden angeordnet sein. Entscheidend ist, daß die beiden Dichtstellen beidseitig eines Austrittes aus dem Arbeitsraum angeordnet sind.
Bei Ausführungen mit zweiseitigem Labyrinth ist dieses vorzugsweise als radiales Labyrinth ausgerichtet, wobei die Vorsprünge und Ausnehmungen einer Dichtfläche jeweils in Arbeitsraum ausgerichtet sind. Diese Möglichkeit ist durch eine einfache Montage charakterisiert.
Bezüglich der Anordnung der Dichtungen können folgende Möglichkeiten unterschieden werden: a) Anordnung der ersten berührungsfreien Dichtung zwischen
Sekundärschaufelrad und Gehäuse und Anordnung der zweiten berührungsfreien Dichtung zwischen Primärschaufelrad und Gehäuse und Austritt aus dem Arbeitsraum im Bereich der Trennebene T zwischen Sekundärschaufelrad und Primärschaufelrad b) Anordnung der ersten berührungsfreien Dichtung zwischen Sekundärschaufelrad und Gehäuse und Anordnung der zweiten berührungsfreien Dichtung zwischen Primärschaufelrad und Gehäuse und Austritt aus dem Arbeitsraum am Primärschaufelrad c) Anordnung der berührungsfreien Dichtung am Sekundärschaufelrad im Bereich der Trennebene und am Primärschaufelrad in Arbeitsraum hinter dem Austritt aus dem Arbeitsraum d) Anordnung beider berührungsfreien Dichtungen zwischen dem Primärschaufelrad beidseits eines Austrittes am Primärschaufelrad e) Anordnung der beiden Dichtungen zwischen einem drehfest mit dem Primärschaufelrad gekoppelten Element und dem Gehäuse und Anordnung des Austrittes am Primärschaufelrad
Die unter e) genannte Möglichkeit beinhaltet des weiteren die Ausgestaltung eines Spaltes in radialer Richtung zwischen dem Außenumfang des Sekundärschaufelrades und dem drehfest mit dem Primärschaufelrad gekoppelten Element. Dieses Element ist ringförmig ausgeführt und wird bei Ausbildung der Dichtungen als Labyrinth auch als Labyrinthring bezeichnet. Das ringförmige Element erstreckt sich dabei in axialer Richtung über einen Teil der axialen Erstreckung des Sekundärschaufelrades und bildet in radialer Richtung mit dem Außenumfang des Sekundärschaufelrades einen Spalt sehr geringer Größe, wobei dieser Spalt eine Spaltdichtung bildet. Das heißt, in diesem Fall ist zusätzlich noch eine weitere berührungsfreie Dichtung zwischen dem Sekundärschaufelrad und dem Labyrinthring vorgesehen. Die Lösung mit dem Labyrinthring bietet den Vorteil, daß hier auf standardmäßige Schaufelräder zurückgegriffen werden kann, die lediglich durch das Bauelement Labyrinthring ergänzt werden müssen. Eine Anpassung der Ausgestaltung des Primärschaufelrades selbst ist nicht erforderlich. Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß die hydrodynamische Baueinheit als völlig autarke Einheit für unterschiedliche Anwendungszwecke vormontiert und geliefert werden kann. Diese kann dann mit anderen Komponenten zu einer Gesamteinheit zusammengefügt werden. Beispielsweise kann diese für den Einsatz in Automat- oder Schaltgetriebebaueinheiten, insbesondere mit Eignung für den Einsatz im automatisierten Schaltgetriebe mit einer Überbrückungskupplung kombiniert werden. Femer kann gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung zur Erzielung positiver Effekte das hydrodynamische Bauelement als Anfahrelement ausgestaltet werden, wobei das hydrodynamische Bauelement in Form der hydrodynamischen Kupplung als Anfahrelement fungiert, dessen Antrieb mit dem Eingang und dessen Abtrieb mit dem Ausgang gekoppelt ist, wobei zwischen dem Abtrieb des Anfahrelementes und dem Ausgang der hydrodynamischen Baueinheit und damit der Anfahreinheit ein Freilauf vorgesehen ist. Dieser Freilauf ermöglicht als richtungsgeschaltete Kupplung dabei folgende Funktionszustände:
1. Ist die Drehzahl auf der Abtriebsseite des Anfahrelementes, d.h. dem Turbinenrad, gleich der am Ausgang wird ein Moment vom Turbinenrad auf den Ausgang übertragen.
2. Ist die Drehzahl des Turbinenrades, d.h. des Abtriebes des hydrodynamischen Bauelementes, geringer als am Ausgang der hydrodynamischen Baueinheit wird über das Turbinenrad, d.h. das Sekundärschaufelrad, kein Moment auf den Ausgang übertragen. Das Sekundärschaufelrad läuft frei. Diese Lösung bietet neben der Realisierung eines nahezu verschleißfreien Anfahrvorganges den Vorteil, daß während des Schaltvorganges das hydrodynamische Bauelement nicht entleert werden muß und auch keine zusätzliche drehende Kupplung zur Leistungsunterbrechung erforderlich ist. Die Abkopplung des Einganges und damit der Getriebeeingangswelle von den nachgeordneten Schaltstufen erfolgt allein über den Freilauf und sichert somit die Funktion der Synchroneinrichtung im Schaltgetriebe. Unter einem weiteren Aspekt der Erfindung ist zusätzlich eine Überbrückungskupplung vorgesehen, die parallel zum hydrodynamischen Bauelement geschaltet ist, jedoch nur während zeitlich geringer oder definierten Phasen gemeinsam mit dem hydrodynamischen Bauelement in Eingriff ist, wobei der Leistungsfluß zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Anfahreinheit unterbrechbar ist. Diese Unterbrechbarkeit kann dabei beim,Einsatz der Anfahreinheit in automatisierten Schaltgetrieben mit dem der Anfahreinheit nachgeordneten mechanischen Getriebeteil durch die Schaltbarkeit der Überbrückungskupplung bei gleichzeitiger Entleerung bzw. bereits geleerter hydrodynamischer Kupplung oder beim Einsatz in automatisierten Schaltgetrieben mit mechanischem Getriebeteil oder Nach- bzw. Gruppenschaltsatz beim Umschalten zwischen den unteren Gangstufen durch die Entleerung der hydrodynamischen Kupplung, d. h. des hydrodynamischen Bauelementes, erfolgen. Vorzugsweise werden bei einer derartigen Ausführung die Abtriebsseiten der hydrodynamischen Kupplung und der Überbrückungskupplung drehfest miteinander über den Freilauf gekoppelt. Der Vorteil einer derartigen Anordnung wiederum besteht im wesentlichen darin, daß nur zwei Zustände bezüglich der Leistungsübertragung unterschieden werden müssen, wobei diese rein mechanisch über die Überbrückungskupplung oder hydrodynamisch über das hydrodynamische Bauelement erfolgt. Durch die geeignete Ansteuerung können dabei zusätzlich die Vorteile der hydrodynamischen Leistungsübertragung für bestimmte Fahrzustände optimal genutzt werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, bei Ausführung mit Freilauf durch Zuordnung einer Einrichtung zum wahlweisen Festhalten des Sekundärschaufelrades das im Traktionsbetrieb als hydrodynamische Kupplung betreibbare Element wahlweise auch als hydrodynamischen Retarder zu betreiben und damit eine verschleißfreie Bremseinrichtung unter Ausnutzung vorhandener Bauelemente zu ermöglichen. Eine separate hydrodynamische Bremseinrichtung, welche insbesondere beim Einsatz in Nutzfahrzeugen Verwendung findet, kann dabei entfallen. Die Ventilationsverluste dieses Retarders beim Einsatz der hydrodynamischen Baueinheit als kombinierte Anfahr-/Bremseinheit sind im Vergleich zum konventionellen Retarder gering. Die Einrichtung zum Festhalten bzw. zur Ankopplung des Sekundärschaufelrades am Gehäuse ist im einfachsten Fall als Bremseinrichtung vorzugsweise in Scheibenbauweise ausgeführt. Diese wird am Abtrieb der hydrodynamischen Kupplung, d.h. am Sekundarschaufelrad, wirksam. Die Anbindung des Bremselementes am Sekundärschaufelrad erfolgt dabei zwischen Turbinenrad und Freilauf.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt::
Figur 1 verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung den
Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit;
Figur 2a verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungen einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit mit im Gehäuse vollständig integriertem externen Kreislauf;
Figur 2b verdeutlicht in schematisch vereinfachter Darstellung eine weitere Ausführungen einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit mit im Gehäuse teilweise integriertem externen Kreislauf;
Figur 3a bis 3c verdeutlichen unterschiedliche Ausführungen der Dichtflächen;
Figur 4 verdeutlicht eine Ausführung mit Anordnung des Dichtsystems auf einem Labyrinthring; Figur 5a bis 5d zeigen Anordnungen eines Austrittskanales;
Figur 6a und 6b verdeutlichen in schematisch vereinfachter Darstellung
Ausführungen der Querschnittsverläufe eines Austrittskanales; Figuren 7a und 7b verdeutlichen mögliche Querschnitte eines Austrittskanales;
Figur 8a und 8b verdeutlichen in schematisch vereinfachter Darstellung mögliche Anwendungen einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit;
Figur 9 verdeutlicht die Möglichkeit der Füllungsgradsteuerung für eine Ausführung gemäß Figur 2b;
Figur 10 verdeutlicht eine spiralförmige Ausgestaltung eines im
Gehäuse mit dem Eintritt und dem Austritt gekoppelten Kanals zur Betriebsmittelführung im geschlossenen Kreislauf.
Die Figur 1 verdeutlicht anhand einer schematisch vereinfachten Darstellung den Grundaufbau einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit 1 mit einem Eingang E und einem Ausgang A. Diese umfaßt ein hydrodynamisches Bauelement 2. Das hydrodynamische Bauelement weist ein drehfest mit dem Eingang E verbundenes Primärschaufelrad 3 und ein drehfest mit dem Ausgang A koppelbares Sekundärschaufelrad 4 auf, die miteinander einen Arbeitsraum 5 bilden, welcher torusförmig ausgestaltet ist. Das hydrodynamische Bauelement 2 ist frei von einem Leitrad. Entsprechend der Lagerung und drehfesten Anbindung von Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 ist das hydrodynamische Bauelement 2 als hydrodynamische Kupplung und wahlweise zusätzlich als Bremseinrichtung betreibbar. Bei Ausführung des hydrodynamischen Bauelementes 2 als hydrodynamische Kupplung fungiert im Traktionsbetrieb bei Leistungsübertragung vom Eingang E zum Ausgang A das Primärschaufelrad 3 als Pumpenrad und das Sekundärschaufelrad 4 als Turbinenrad. Die hydrodynamische Baueinheit 1 umfaßt ferner ein ruhendes Gehäuse 6, welches die beiden Schaufelräder in axialer und radialer Richtung unter Bildung wenigstens zweier sogenannter Schaufelradnebenräume 7 und 8 umschließt. Die hydrodynamische Baueinheit 1 ist ferner frei von einer drehfest mit dem Primärschaufelrad 3 gekoppelten Primäradschale. Dies bedeutet, daß die Schaufelradnebenräume 7 und 8 direkt von den Außenumfängen der einzelnen Schaufelräder - dem Außenumfang 9 des Primärschaufelrades 3 und dem Außenumfang 10 des Sekundärschaufelrades 4 und der Innenwand 11 des ruhenden Gehäuses 6 - gebildet bzw. begrenzt werden. Die beiden Schaufelradnebenräume 7 und 8 bilden den Gehäuseinnenraum 14. In radialer Richtung ist zwischen der Innenwand 11 des Gehäuses 6, insbesondere der zu den Schaufelrädern - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - gerichteten Fläche oder Flächen 12 und den beiden Schaufelrädern - Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 - ein Spalt 13 vorgesehen. Dieser bzw. wenigstens ein Teil dessen ist gegenüber dem restlichen Gehäuseinnenraum 14, d. h. den Schaufelrad nebenräumen 7 und 8, mittels eines berührungsfreien Dichtungssystems 15 abgedichtet. Der abgedichtete Teil des Spaltes 13 wird mit 54 bezeichnet. Am Primärschaufelrad 3 oder, wie in der Figur 1 dargestellt im Bereich der Trennebene T zwischen den beiden Schaufelrädern 3 und 4 ist ein Austritt 16 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 angeordnet. Dieser mündet in den abgedichteten Teil 54 des Spaltes 13. Die Schaufelräder, Primärschaufelrad 13 und Sekundärschaufelrad 14 bzw. die drehfest mit diesen gekoppelten Elemente, sind dicht im Gehäuse 6 geführt. Zwischen dem Eingang E bzw. einem wenigstens mittelbar drehfest mit diesem und dem Primärschaufelrad 3 gekoppelten Element und dem Gehäuse 6 ist wenigstens eine berührende Richtung 55 vorgesehen. Dies gilt in Analogie auch für den Ausgang A bzw. dem mit diesem wenigstens mittelbar drehfest gekoppelten Sekundärschaufelrad 4. Die Dichtung zwischen Sekundärschaufelrad 4 bzw. dem Ausgang A oder einem wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder indirekt über weitere Übertragungselemente mit diesem gekoppelten Sekundärschaufelrad 4 ist mit 56 bezeichnet. Der abgedichtete Teil 54 des Spaltes 13 wiederum ist mit einem Raum außerhalb des Gehäuseinnenraumes 14 verbunden. Vorzugsweise erfolgt die Kopplung über in der Wand 17 des Gehäuses 6 angeordnete Kanäle oder Hohlräume 18. Dazu ist am Gehäuse 6 wenigstens ein Eintritt 19 vorgesehen, welcher mit dem abgedichteten Teil 54 des Spaltes 13 gekoppelt ist.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht es, Betriebsmittel aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 mit hohem Druck in den abgedichteten Teil 54 des Spaltes 13 und von diesem über den Eintritt 19 am Gehäuse 6 zu führen. Aufgrund des hohen Druckes kann das Betriebsmittel ohne zusätzliche Hilfsmittel, beispielsweise Pumpeinrichtungen, in einem zum Arbeitsraum 5 externen Kreislauf 20 geführt werden. Dieser externe Kreislauf 20 ist in den Figuren 2a und 2b für eine Ausführung gemäß Figur 1 dargestellt. Dieser ist dem hydrodynamischen Bauelement 2, insbesondere dem Arbeitsraum 5 zugeordnet. Der externe Kreislauf 20 kann dabei, wie in der Figur 2a schematisch dargestellt vollständig im ruhenden Gehäuse 6 integriert sein. Dieser ist dabei mit 20.2a bezeichnet. Diese Lösung stellt eine besonders vorteilhafte Ausführung dar, da hier bereits ein vollständiges System aus hydrodynamischer Baueinheit 1 mit integriertem externen Kreislauf 20.2a vormontiert angeboten werden kann. Dieser externe Kreislauf 20.2a ist Bestandteil eines Betriebsmittelversorgungssystems 21 , welches im einfachsten Fall bei Ankoppelung an eine Betriebsmittelquelle aus dieser und dem geschlossenen Kreislauf 22 besteht. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, das gesamte Betriebsmittelversorgungssystem 21 im Gehäuse 6 der hydrodynamischen Baueinheit 1 zu integrieren. Eine weitere denkbare Möglichkeit besteht darin, daß Betriebsmittelversorgungssystem 21 aus geschlossenem Kreislauf 23, externem Kreislauf 20.2a und weiteren Komponenten, die auch Bestandteil anderer Betriebsmittelversorgungssysteme oder eines zentralen Betriebsmittelversorgungssystems sein können, zu bilden. Der geschlossene Kreislauf 20.2a, welcher Bestandteil des Betriebsmittelversorgungssystems 21 ist, kann dabei zum einen als Kühlkreislauf verwendet werden, welcher bei Betrieb des hydrodynamischen Bauelementes 2 immer eine bestimmte Menge an Betriebsmittel aus dem Arbeitskreislauf 23 im torusförmigen Arbeitsraum 5 abzweigt und extern über den Kreislauf 20.2a diesem wieder zuführt. Der externe Kreislauf 20.2a ist Bestandteil des geschlossenen Kreislaufes 22, der zusätzlich den sich im torusförmigen Arbeitsraum 5 einstellenden Arbeitskreislauf 23 umfaßt. Der externe Kreislauf 20.2a ist dazu mit mindestens einem Austritt 16 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 und einem Eintritt 24 in den torusförmigen Arbeitsraum gekoppelt. Im externen Kreislauf 20.2a können Kühleinrichtungen 27.2a, beispielsweise in Form von Wärmetauschern 25, vorgesehen werden. Die Kühlung kann dabei allein durch den Umlauf oder, wie hier dargestellt, indirekt über einen Wärmetauscher 25 erfolgen. Ferner wird der externe Kreislauf 20.2a des geschlossenen Kreislaufes 22 dazu genutzt, um den Füllungsgrad des hydrodynamischen Bauelementes 2 zu steuern. Im torusförmigen Arbeitsraum 5 stellt sich dabei bei Betrieb des hydrodynamischen Elementes 2 ein sogenannter Arbeitskreislauf 23 ein, welcher auch als hydrodynamischer Kreislauf bezeichnet wird. Dieser ist im geschlossenen Kreislauf 22 integriert. Dem Arbeitskreislauf 23 ist dabei mindestens der Austritt 16 in Form eines Kanals 26 und ein Eintritt 24 zugeordnet. Der geschlossene Kreislauf 22 ist als geschlossenes Drucksystem ausgeführt, d.h. druckdicht. Zu diesem Zweck ist zwischen Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 zusätzlich im Bereich der Innenabmessungen des torusförmigen Arbeitsraumes 5 wenigstens eine Dichtung 57 vorgesehen. Diese ist als berührende Dichtung ausgeführt. Die druckdichte Ausführung bietet den Vorteil, durch Aufringen eines Überlagerungsdruckes den Füllungsgrad aktiv steuern und zusätzlich regeln zu können.
Gegenüber der in der Figur 2a dargestellten Ausführung der Führung des externen Kreislaufes 20.2a vollständig im Gehäuse 6, verdeutlicht die in der Figur 2b dargestellte Ausführung die Führung des externen Teiles 20.2b schematisiert dargestellt nur teilweise im ruhenden Gehäuse 6. In diesem Fall weist das Gehäuse 6 Anschlüsse 27 und 28 auf, welche mindestens einen Austritt 29 aus dem Gehäuse und einen Eintritt 30 in das Gehäuse für einen Teil des externen Kreislaufes 20.2b verdeutlichen, hier der Anschluß 27 den Austritt 29 und der Anschluß 28 den Eintritt 30 in das Gehäuse 6.
Im extern, d. h. wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses 6 geführtem Kreislaufteil 20.2b des geschlossenen Kreislaufes 22 sind dabei Mittel 27.2b zur Beeinflussung der Temperatur des im geschlossenen Kreislauf 22 geführten Betriebsmittels vorgesehen. Diese umfassen eine Kühleinrichtung zur direkten Kühlung des Betriebsmittels. Auch hier ist der geschlossene Kreislauf 22 Bestandteil des Betriebsmittelversorgungssystems.
Die Steuerung des Betriebsmittelvolumenstromes im geschlossenen Kreislauf 22, insbesondere im externen Teil 20.2a oder 20.2b, kann unterschiedlich erfolgen. Im einfachsten Fall erfolgt diese in Abhängigkeit der Drehzahl der rotierenden Kreislaufteile oder wird hinter dem Austritt 16 in einem Abströmraum oder einer, mit diesem gekoppelten Kammer zwischengespeichert. Um den gesamten Kreislauf 20.2a oder 20.2b selbsttätig aufrechtzuerhalten ist eine hohe Strömungsgeschwindigkeit am Austritt 16 erforderlich. Diese wird durch die Meridianströmung im torusförmigen Arbeitsraum 5 und den Austritt in den abgedichteten Teil 54 des Spaltes 13 realisiert. Dieser hohe Druck ist dabei direkt proportional zum Druck im torusförmigen Arbeitsraum 5 und kann auf sehr einfache Art und Weise am Eintritt 19 ins Gehäuse 6 bzw. in einen mit diesem gekoppelten Kanal oder Hohlraum 18 im Gehäuse 6 abgegriffen werden. Die dazu erforderlichen Einrichtungen in Form von Drucksensoren, hier beispielhaft der Drucksensor 58 in Figur 2a, können somit an einem ruhenden Element gelagert werden.
Bezüglich der Ausgestaltung des berührungsfreien Dichtungssystems 15 bestehen eine Mehrzahl von Möglichkeiten. Stellvertretend werden einige in den nachfolgenden Figuren erläutert. Das berührungsfreie Dichtungssystem 15 weist dabei in der Regel immer zwei berührungsfreie Dichtungen 31 und 32 auf, die in axialer Richtung beidseits des Spaltes 13 angeordnet sind. Beide berührungsfreie Dichtungen sind dabei vorzugsweise als Labyrinthdichtungen ausgeführt. Dabei kann die Labyrinthdichtung als einseitiges Labyrinth oder jeweils zweiseitiges Labyrinth ausgeführt sein, wobei vorzugsweise die erstere Möglichkeit verwendet wird, aufgrund der erheblich einfacheren Montage. Bei der in der Figur 1 dargestellten Ausführung sind die berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 jeweils zwischen den Schaufelrädern 3 und 4 und der Innenwand 11 des Gehäuses 6 beidseits der Trennebene T angeordnet. Der abgedichtete Teil 54 des Spalts 13 erstreckt sich somit beidseits der Trennebene T in axialer Richtung, vorzugsweise symmetrisch. Die Ausführung gemäß Figur 2a zeigt eine Anordnung des abgedichteten Teiles 54 des Spaltes 13 mit Erstreckung in axialer Richtung von der Trennebene T über die axiale Erstreckung des Pumpenrades 3. Die Dichtung 31 zwischen Sekundärschaufelrad 4 und Gehäuse 6 ist unmittelbar im Bereich der Trennebene T angeordnet, d.h. der abgedichtete Teil 54 erstreckt sich in axialer Richtung nicht über die axiale Erstreckung des Sekundärschaufelrades 4. Demgegenüber verdeutlicht Figur 2b beispielhaft eine weitere Möglichkeit der Anordnung der beiden Dichtungen 31 und 32 des berührungsfreien Dichtungssystems und damit des abgedichteten Teils 54 des Spaltes 13 in axialer Richtung. Bei dieser Ausführung sind beide Dichtungen 31 und 32 mit unterschiedlichem Abstand zur Trennebene T angeordnet, so daß der abgedichtete Teil sich in axialer Richtung über einen Teil der axialen Erstreckung des Primärschaufelrades 3 und einen Teil der axialen Erstreckung des Sekundärschaufelrades 4 erstreckt. Die in den Figuren 1 , 2a und 2b dargestellten Möglichkeiten sind beliebig untereinander austauschbar und nicht an die in den Figuren dargestellten Ausführungen der hydrodynamischen Baueinheit 1 gebunden.
Die Dichtflächen jeder berührungsfreien Dichtung können dabei von unterschiedlichen Elementen gebildet werden. Die in den nachfolgenden Figuren dargestellten Ausführungsmöglichkeiten können auch auf die Ausführungen in den Figuren 1 und 2 übertragen werden. Die Kanäle oder Hohlräume 18 sind derart gestaltet, daß dieser sich in Richtung vom Eintritt 30 weg spiralförmig vergrößert. Diese Lösung wird insbesondere für Ausführungen mit teilweise außerhalb des Gehäuses 6 geführten Kreislaufteilen, wie in Figur 2b dargestellt, angewandt. Dabei ist der Eintritt 30 über den Kanal 18 mit dem Austritt 29 gekoppelt. Der zum Austritt 29 mündende Teil wird auch als Auslaßrinne bezeichnet. Diese vergrößert sich in Richtung des Austrittes 29 spiralförmig und mündet vorzugsweise in den tangential geführten Austritt 29. Der Kanal dient dabei dazu, die Strömung relativ verlustarm in Druck im Auslaß aus dem Gehäuse 6 umzuwandeln und damit den Volumenstrom zu erhöhen. Eine Schnittdarstellung für den Spiralkanal 18 im Gehäuse 6 ist in Figur 10 wiedergegeben.
Gemäß einem Detail aus der Figur 3a werden die einzelnen Dichtflächen im Beispiel eines zweiseitigen radialen Labyrinthes jeweils am Primärschaufelrad 3 und am Sekundärschaufelrad 4 sowie der Innenwand 11 , insbesondere der in radialer Richtung zu den Schaufelrädern 3 und 4 weisenden Fläche 12 des ruhenden Gehäuses 6, gebildet. Die konstruktiv detailliertere Darstellung der Ausführung gemäß Figur 3a entspricht im Grundprinzip der in der Figur 2a dargestellten, wobei jedoch die axiale Anordnung von Primärschaufelrad 3 und Sekundärschaufelrad 4 vertauscht wurden. Deutlich erkennbar sind hier der Hohlraum bzw. die Kanäle 18, der Eintritt 24 in den torusförmigen Arbeitsraum 5 und der Austritt 16 in Form eines Kanals 18. Die Anordnung der einzelnen berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 entspricht der in der Figur 3a beschriebenen. Dabei wird eine erste Dichtungsfläche 33.31a der zwischen Sekundärschaufelrad 4 und Gehäuse 6 angeordneten Dichtung 31 vom Außenumfang am Sekundärschaufelrad 4 gebildet. Die zweite, dazu komplementäre Dichtungsfläche 33.32a der berührungsfreien Dichtung 31 , wird von der Innenwand 11 , insbesondere einer Teilfläche 64 der Fläche 12, am Gehäuse 6 gebildet. Die erste Dichtungsfläche 34.31a der berührungsfreien Dichtung 32 wird vom Außenumfang 9 des Primärschaufelrades gebildet, während die zweite Dichtungsfläche der Labyrinthdichtung, hier mit 34.32a bezeichnet, vom Innenumfang bzw. der Innenwand 11 des ruhenden Gehäuses 6 gebildet wird. Alle Dichtungsflächen tragen dabei Vorsprünge und Ausnehmungen, die mit denen der jeweils komplementär dazugehörenden Dichtungsfläche unter Bildung eines Labyrinthspaltes zusammenwirken. Bei der in der Figur 3a dargestellten Ausführung ist die berührungsfreie Dichtung 31 im Bereich der Trennebene T zwischen Primärschaufelrad und Sekundärschaufelrad am Sekundärschaufelrad 4 angeordnet, während die zweite berührungsfreie Dichtung 32.3a am Primärschaufelrad 3 in axialer Richtung ausgehend von der Trennebene T betrachtet hinter dem Austritt 16 am Primärschaufelrad 3 angeordnet ist. Im übrigen verdeutlicht Figur 3a eine konstruktive Ausführung einer erfindungsgemäß gestalteten hydrodynamischen Baueinheit 1 für eine Ausführung gemäß Figur 2b mit wenigstens teilweise außerhalb des Gehäuses 6 geführtem Kreislauf 20, wobei hier nur der im Gehäuse 6 geführte Teil dargestellt ist.
Die Figur 3b verdeutlicht anhand eines Ausschnittes entsprechend der Einzelheit X aus der hydrodynamischen Baueinheit 1 gemäß Figur 3a eine weitere Anordnungsmöglichkeit der berührungsfreien Dichtungen 31.3b und 32.3b des berührungsfreien Dichtungssystems 15.3b. Bei dieser Ausführung sind beide berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 zwischen der Innenwand 11 des Gehäuses 6 und dem Außenumfang 9 des Primärschaufelrades 9.3b angeordnet. Die erste Dichtungsfläche 33.31b der berührungsfreien Dichtung 31 wird dabei vom Außenumfang des Primärschaufelrades 3 gebildet. Dies gilt auch für die erste Dichtungsfläche 34.31b der berührungsfreien Dichtung 32. Die jeweils dazu komplementären Dichtungsflächen 33.32b und 34.32b der ersten und zweiten berührungsfreien Dichtung 31 und 32 werden dabei von der Innenwand 11 des Gehäuses gebildet. Die beiden berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 sind dabei beidseits des Austrittes 16 angeordnet. Die berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 sind hier in einer bevorzugten Ausführung als einseitige axiale Labyrinthdichtung ausgeführt. Die Dichtungsflächen 33.32b und 34.32b sind eben ausgeführt und die Dichtflächen 33.31b und 34.31b sind durch alternierend angeordnete Vorsprünge und Ausnehmungen charakterisiert. Diese sind mit 59 und 60 in der Detaildarstellung Y wiedergegeben. Diese Lösung bietet den Vorteil, daß ein konventionelles Gehäuse 6 verwendet werden kann. Neben der einfacheren Fertigung ist auch die Montage sehr leicht.
Figur 3c verdeutlicht beispielhaft eine Ausführung der einzelnen berührungsfreien Dichtungen 31 und 32 des berührungsfreien Dichtungssystems 15 mit zweiseitigem radialen Labyrinth. Die Dichtflächen 33.31c, 33.32c sowie 34.31c, 34.32c erstrecken sich in radialer Richtung und weisen in axialer Richtung. Bei radialen zweiseitigen Labyrinthen muß jedoch das Gehäuse 6 zu Montagezwecken in axialer Richtung zweiteilig ausgeführt sein, wobei die Trennebene im Bereich des abgedichteten Teiles 54 des Spaltes 13 angeordnet sein muß.
Die in den Figuren 3a bis 3c beispielhaft dargestellten Ausführungen sind für jede Ausführung des erfindungsgemäßen Grundsystems einsetzbar. Die konkrete Auswahl der Ausgestaltung der einzelnen Dichtflächen und der Art der Anordnung liegt dabei im Ermessen des zuständigen Fachmannes.
Die Figur 4 verdeutlicht eine weitere Ausgestaltung eines berührungsfreien Dichtungssystems 15.4 für eine hydrodynamische Baueinheit 1.4, welche analog zu der in Figur 3a dargestellten aufgebaut ist. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei dieser Lösung werden die beiden berührungsfreien Dichtungen 31.4 und 32.4 an einem, drehfest mit dem Primärschaufelrad 3.4 gekoppelten Labyrinthring 35 angeordnet. Dieser kann dabei kraft-, form- oder stoffschlüssig mit dem Primärschaufelrad 3.4 verbunden sein. Der Labyrinthring 35 erstreckt sich dabei in axialer Richtung über einen Teil der axialen Erstreckung des Sekundärschaufelrades 4.4 von der Trennebene T aus betrachtet unter Bildung eines Spaltes 36 in radialer Richtung zwischen dem Außenumfang 10.4 des Sekundärschaufelrades und dem Labyrinthring 35, insbesondere einer zum Sekundärschaufelrad 4.4 weisenden Fläche 61 am Labyrinthring 35. Der Austritt 16.4 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 erstreckt sich dabei durch den Labyrinthring 35 in radialer und teilweise auch axialer Richtung. Der Spalt 13.4 wird dabei zwischen dem Labyrinthring 35, d.h. wenigstens einer in radialer Richtung zur Innenwand 11.4 des Gehäuses 6.4 gerichteten Fläche 62 bzw. einer vom Sekundärschaufelrad 4 wegweisenden Fläche 62, und der Innenwand 11.4 des Gehäuses 6.4 gebildet. Die Dichtstellen sind dabei beidseits des Austrittes aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5.4 am Labyrinthring 35 angeordnet und begrenzen den Teil 54 des Spaltes 13.4. Die Dichtungen 31.4 und 32.4 können wiederum als einseitige oder zweiseitige Labyrinthdichtung ausgeführt werden. Bezüglich der Anordnung der Dichtungen 31.4 und 32.4 bestehen ebenfalls mehrere Möglichkeiten. Bezogen auf die Anordnung von Sekundärschaufelrad 4.4 und Primärschaufelrad 3.4 in axialer Richtung können diese in axialen Ebenen, welche durch die axiale Erstreckung des Primärschaufelrades 3.4 oder die axiale Erstreckung von Primärschaufelrad 3.4 und Sekundärschaufel 4.4 gekennzeichnet sind, angeordnet werden. Entscheidend ist jedoch, daß der dadurch gebildete abgedichtete Teil 54.4 des Spaltes 13.4 mit dem Austritt 16.4 aus dem Arbeitsraum 5.4 gekoppelt ist. Im dargestellten Fall entspricht die Anordnung einer Anordnung gemäß Figur 2b.
Zur Gewährleistung eines besonders hohen Druckes im Teil 54 des Spaltes 13 ist der Austritt 16 für alle bisher dargestellten Lösungen am Primärschaufelrad 3 vorgesehen und beispielsweise als Kanal 37, wie in der Figur 5a anhand einer Detaildarstellung dargestellt, ausgeführt. Der Kanal 37 verbindet dabei den torusförmigen Arbeitsraum 5 mit dem Raum außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes, d.h. dem Gehäuseinnenraum 14, der von der Gehäuseinnenwand 11 begrenzt wird. Der Kanal 37 erstreckt sich dabei durch die Wand 38 des Primärschaufelrades 3. Dieser ist derart gestaltet und ausgerichtet, daß wenigstens eine Richtungskomponente in Strömungsrichtung im Betriebszustand des hydrodynamischen Bauelementes 2 zwischen dem Primärschaufelrad 3 und dem Sekundärschaufelrad 4 sowie im wesentlichen tangential zu der sich im Betriebszustand einstellenden Kreislaufkontur des Strömungskreislaufes, d.h. Arbeitskreislaufes 23, im torusförmigen Arbeitsraum 5 ausgerichtet ist. Dies bedeutet, daß der Austritt aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 immer tangential zum sich als Arbeitskreislauf 23 einstellenden Strömungskreislauf im torusförmigen Arbeitsraum 5 erfolgt. Der Kanal 37 ist dabei Bestandteil des externen Kreislaufes 20, welcher zwischen dem Austritt 16 und dem Eintritt 24 in den Arbeitsraum 11 geschaltet ist und der Bestandteil des geschlossenen Kreislaufes 22 ist. Vorzugsweise ist der Kanal 37 derart ausgeführt, daß dieser tangential in Richtung der Kreislaufkontur, d.h. des Arbeitskreislaufes 23 im Betriebszustand und in Strömungsrichtung, ausgerichtet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, eine Abfuhr von Betriebsmittel aus dem Arbeitsraum 5 mit geringst möglichen Widerstand und Strömungsgeschwindigkeitsverlusten zu gewährleisten. Vorzugsweise sind des weiteren eine Mehrzahl von Kanälen 37 am Primärschaufelrad 3 vorgesehen. Diese können dabei entweder auf einer gemeinsam gedachten theoretischen Umfangslinie oder aber auf mehreren verschiedenen Umfangslinien am Primärschaufelrad 3 angeordnet sein. Unter Umfangslinien werden dabei theoretisch gedachte Linien am Außenumfang des Primärschaufelrades 3 verstanden, welche parallel zur gedachten Mittelebene bzw. Trennebene T zwischen dem Primärschaufelrad 3 und dem Sekundärschaufelrad 4 im eingebauten Zustand des hydrodynamischen Bauelementes 2 verlaufen. Es besteht dabei die Möglichkeit, die Anordnung wechselweise auf unterschiedlichen Umfangslinien vorzunehmen. Eine Möglichkeit dieser Anordnung ist in schematisch vereinfachter Darstellung in der Figur 5b in einer Ansicht von oben auf ein Prirriärschaufelrad 3 wiedergegeben. Das Primärschaufelrad ist mit 3 bezeichnet, die Kanäle mit 37.15b bis 37.n5b. Eine Anordnung einer Vielzahl von Kanälen 37.15c bis 37.n5c auf einer Umfangslinie ist in einer Ansicht von oben auf ein Primärschaufelrad 3 in Figur 5c wiedergegeben. Die einzelnen Kanäle 37.15c bis 37.n5c zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum 5 und dem Gehäuseinnenraum 14 sind dabei auf einer Umfangslinie in konstanten Abständen a oder gemäß Figur 5d mit unterschiedlichen Abständen zwischen zwei in Umfangsrichtung einander benachbarten Kanälen 37.15d bis 37.n5d ausgeführt. Diese Abstände sind dabei mit a1 und a2 bezeichnet. Die Figuren 5a bis 5d verdeutlichten Ausführungen mit konstantem Querschnitt des Kanals 37 bzw. der Kanäle 37.1 bis 37.n, 37.15c bis 37.n5c und 37.15d bis 37.n5d, in Strömungsrichtung vom torusförmigen Arbeitsraum 5 zum abgedichteten Teil 54 des Spaltes 13 betrachtet. Zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit besteht zusätzlich auch die Möglichkeit gemäß einer Ausführung in Figur 6 diese Kanäle 37 mit Querschnittsveränderung zwischen dem torusförmigen Arbeitsraum 5 und dem Außenumfang 9 am Primärschaufelrad 3 bzw. dem mit diesem drehfest gekoppelten Labyrinthring 35 vorzunehmen. Eine Möglichkeit mit konstanter allmählicher Querschnittsverringerung vom Innenumfang zum Außenumfang 9 des Primärschaufelrades 3 bzw. dem Labyrinthring 35 ist in Figur 6 dargestellt. Der Kanal 37 verengt sich dabei stetig zum Außenumfang 9 hin.
Bezüglich der konkreten Ausgestaltung des Kanals hinsichtlich seiner Querschnittsform bestehen ebenfalls eine Vielzahl von Möglichkeiten. Diese sind in den Figuren 7a und 7b beispielhaft wiedergegeben. Dabei verdeutlicht die Figur 7a die Ausgestaltung des Kanals 37 mit kreisrundem Querschnitt und die Figur 7b mit einem ovalen Querschnitt.
Die Figur 8b verdeutlicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ausführung und Anwendung der erfindungsgemäßen hydrodynamischen Baueinheit 1 , bei welcher das hydrodynamische Bauelement 2 neben seiner Funktion als hydrodynamische Kupplung auch als auch hydrodynamische Bremse fungieren kann. Die hydrodynamische Baueinheit ist daher mit 1.8a bezeichnet. Bezüglich des Grundaufbaus kann auf die vorangegangenen Figuren verwiesen werden. Vorzugsweise ist dazu die hydrodynamische Baueinheit 1.8 als kombinierte Anfahr- und Bremseinheit 39 ausgeführt, wie in Figur 8b dargestellt. Die Figur 8a zeigt demgegenüber nur eine Ausführung der Baueinheit 1.8a als Anfahreinheit 63 mit zusätzlicher Möglichkeit der lastfreien Schaltung und damit der Möglichkeit des Einsatzes in automatisierten Schaltgetrieben. Das hydrodynamische Bauelement 2 bildet dabei bei beiden das Anfahrelement 40. Zusätzlich kann eine Überbrückungskupplung 41 mit in der kombinierten Anfahr- und Bremseinheit 39 gemäß Figur 8b oder der Anfahreinheit 63 gemäß Figur 8a integriert sein, vorzugsweise wird diese jedoch separat ausgeführt. Der Eingang E der hydrodynamischen Baueinheit 1.8, welcher entweder direkt den Eingang E der kombinierten Anfahr- und Bremseinheit 39 oder der Anfahreinheit 63 bildet oder mit diesem gekoppelt ist, beispielsweise über die zu dieser gehörenden Überbrückungskupplung 41 , ist mit einer, hier nicht dargestellten, Antriebsmaschine wenigstens mittelbar verbunden. Der Ausgang A der hydrodynamischen Baueinheit 1.8a bzw. 1.8b bildet in der Regel auch den Ausgang der kombinierten Anfahr- und/oder Bremseinheit 39 bzw. der Anfahreinheit 63. Die Bezeichnungen Eingang E und Ausgang A beziehen sich dabei immer auf die Kraftfiußrichtung im Traktionsbetrieb von der Antriebsmaschine zum Abtrieb betrachtet. Die Eingänge E und Ausgänge A können dabei in Form von Voll- oder Hohlwellen oder flanschartiger Elemente oder Flexplates ausgeführt sein, die jeweils mit den entsprechenden Anschlußelementen - Antriebsmaschine oder Schaltstufe - in bekannter Weise koppelbar sind. In dieser Kraftfiußrichtung betrachtet umfaßt das hydrodynamische Bauelement 2 bei Funktion als hydrodynamische Kupplung ebenfalls einen Antrieb 42 und einen Abtrieb 43. Der Antrieb 42 wird dabei vom Primärschaufelrad 3 und der Abtrieb vom Sekundärschaufelrad 4 gebildet. Zur Realisierung positiver Effekte sind jedoch zwischen dem Sekundärschaufelrad 4 bzw. dem Abtrieb 43 der hydrodynamischen Kupplung und dem Ausgang A ein Freilauf F vorgesehen. Durch den Freilauf F ist es möglich, während des Gangstufenwechsels einen übermäßigen Verschleiß in den Synchronisiereinrichtungen zu verhindern und somit den Komfort zu erhöhen. Derartige Anfahreinheiten sind in der Regel in einem Antriebsstrang mit einem Drehzahl-/Drehmomentwandler, d.h. Getriebe, gekoppelt bzw. bilden mit entsprechenden Schaltstufen eine Getriebebaueinheit. Das Gesamtgetriebe besteht dann aus der Anfahreinheit und den nachgeordneten Drehzahl- /Drehmomentumformungseinheiten. Dieses weist dabei als Eingang den Eingang E der Anfahreinheit 39 auf. Um einen Gangstufenwechsel in einer Schaltgetriebebaueinheit vornehmen zu können, muß die Getriebeeingangswelle, welche von dem Eingang E der Anfahreinheit gebildet wird, momentenfrei sein und von zusätzlichen Maßen entkoppelt werden. Andernfalls bestünde die Gefahr, daß die Synchronelemente und/oder Klauen der Schaltelemente, insbesondere der der Anfahreinheit 39 nachgeordneten Übersetzungsstufen, den Gangstufenwechsel nicht bewältigen können oder erheblich belastet werden und verschleißen. Dabei wird zur Vornahme eines Gangstufenwechsels sowohl die Antriebsmaschine als auch das Sekundärschaufelrad 4.8a bzw. 4.8b von der Eingangswelle E abgekoppelt. Der Freilauf F kann zusätzlich unter Ausnutzung einer zusätzlichen Bremseinrichtung 44 gemäß Figur 8b zur Feststellung des Sekundärschaufelrades 4 genutzt werden. Diese zusätzliche Bremseinrichtung 44 ist vorzugsweise als Scheibenbremseinrichtung in Lamellenbauart ausgeführt und mit dem Abtrieb 43 des hydrodynamischen Bauelementes 2 vor dem Freilauf F gekoppelt. Die Bremseinrichtung 44 umfaßt dazu mindestens eine erste ortsfeste Scheibe 45, welche vorzugsweise am Gehäuse 6 angeordnet ist, und ein zweites Scheibenelement 46, welches wenigstens mittelbar, d.h. direkt oder über weitere zwischengeschaltete Scheibenelemente mit der ortsfesten Scheibe 45 in Wirkverbindung bringbar ist. Das zweite Scheibenelement 46 ist dabei drehfest mit dem Abtrieb 43, insbesondere dem Sekundärschaufelrad 4.8b, gekoppelt. Mit dem hydrodynamischen Bauelement 2 können somit wenigstens zwei Betriebszustände - ein erster Betriebszustand zur Leistungsübertragung, welcher insbesondere während des Anfahrvorganges beim Einsatz in Getrieben von Fahrzeugen in Frage kommt und die Funktion einer hydrodynamischen Kupplung beschreibt und ein zweiter Betriebszustand zur Abbremsung, d.h. die Funktion als Retarder - realisiert werden. Zur Realisierung der Funktion des hydrodynamischen Bauelementes 2 als hydrodynamischer Retarder erfolgt die Zuordnung der Funktion des Statorschaufelrades durch Festsetzung gegenüber den ruhenden Getriebeteilen, insbesondere dem Gehäuse 6 zum Sekundärschaufelrad 4, d.h. zu dem bei Funktion als hydrodynamische Kupplung fungierenden Turbinenrad. Die Funktion des Rotorschaufelrades wird dabei vom Primärschaufelrad 3, welches bei Funktionsweise als hydrodynamische Kupplung auch als Pumpenrad fungiert, übernommen.
Die Figur 9 verdeutlicht anhand einer Ausgestaltung gemäß Figur 2b ein System zur Steuerung des Füllungsgrades. Für gleiche Elemente werden daher die gleichen Bezugszeichen verwendet. Das Betriebsmittel tritt dabei mit entsprechend hohem Druck aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 über den Kanal 37 in den Gehäuseinnenraum 14, insbesondere den Spalt 13, aus. Aufgrund der sehr hohen Druckdifferenz zwischen dem Austritt 16 aus dem torusförmigen Arbeitsraum 5 und dem Eintritt 24 können diese zur Aufrechterhaltung eines Kühlvolumenstromes während des Betriebes des hydrodynamischen Bauelementes genutzt werden. Zur Beeinflussung der Funktionen Verlust- Betriebsmittelnachführung und der Beeinflussung des Füllungsgrades im torusförmigen Arbeitsraum 5 des hydrodynamischen Bauelementes 2 sind Mittel 48 zur Befüllung und Mittel 49 zur Druckbeaufschlagung dem externen Kreislauf 20 zugeordnet. Diese Mittel 48 und 49 sind über eine Knotenstelle 50 an den geschlossenen Kreislauf 20 anbindbar. Die Knotenstelle 50 wird dabei im einfachsten Fall von einem Ventilsystem 51 gebildet, welches eine vollständige Entkopplung der Mittel zur Befüllung 48 und der Mittel 49 zur Druckbeaufschiagung ermöglicht und in einer anderen Schaltstellung eine Ankopplung erlaubt. Die Ausgestaltung der Mittel zur Befüllung 48 und der Mittel zur Druckvorgabe 49 kann vielgestaltig erfolgen, vorzugsweise werden diese Mittel zur Befüllung 48 und die Mittel zur Druckvorgabe 49 von einem gemeinsamen Element oder System gebildet bzw. unter Ausnutzung gleicher Elemente. Dabei kann es sich beispielsweise um einen
Betriebsmittelversorgungstank 52 handeln, welcher indirekt über eine zusätzliche Energiequelle, beispielsweise eine hydrostatische Pumpe oder eine andere Einrichtung mit dem geschlossenen Kreislauf 20 über die Knotenstelle 50 in Verbindung steht. Dabei erfolgt aus dem externen Betriebsmittelversorgungstank 52 eine Verlust-Betriebsmittelnachfüllung. Des weiteren kann bei vollständig druckdichter Ausführung bzw. Anbindung des Betriebsmittelversorgungstankes 52 an die Knotenstelle 50 ein statischer Überlagerungsdruck im geschlossenen Kreislauf 20 erzeugt werden, wobei dieser Druck entweder durch eine entsprechende Pumpeinrichtung oder beispielsweise Luft auf den Betriebsmittelspiegel im externen Betriebsmittelversorgungstank 52 erzeugt wird. Der Betriebsmittelspiegel ist dabei mit 53 bezeichnet.
Bezugszeichenliste
1 , 1.2a, 1.2b
1.4, 1.8 hydrodynamische Baueinheit hydrodynamisches Bauelement
Primärschaufelrad
Sekundärschaufelrad
5 torusförmiger Arbeitsraum
6 ruhendes Gehäuse
Schaufelradnebenraum
Schaufelradnebenraum
Außenumfang des Primärschaufelrades
10 Außenumfang des Sekundärschaufelrades
11 Wand
12 Fläche
13 Spalt
14 Gehäuseinnenraum
15 berührungsfreies Dichtungssystem
16 Austritt
17 Innenwand
18 Kanäle
19 Eintritt in das Gehäuse 0 externer Kreislauf 1 Betriebsmittelversorgungssystem 2 geschlossener Kreislauf 3 Arbeitskreislauf 4 Eintritt in den torusförmigen Arbeitsraum 5 Kühleinrichtung 6 Kanal 7 Anschluß 8 Anschluß 29 Austritt aus dem Gehäuse
30 Eintritt in das Gehäuse
31 berührungsfreie Dichtung
32 berührungsfreie Dichtung
33.31a,
33.31 b erste Dichtungsfläche
33.32a,
33.32b zweite Dichtungsfläche
34 Teilfläche
34.31a,
34.31b erste Dichtungsfläche
34.32a,
34.32b zweite Dichtungsfläche
35 Labyrinth ring
36 Spalt
37 Kanal
38 Wand
39 kombinierte Anfahr- und Bremseinrichtung
40 Anfahrelement
41 Überbrückungskupplung
42 Antrieb
43 Abtrieb
44 Bremseinrichtung
45 ortsfeste Scheibe
46 zweites Scheibenelement
F Freilauf
E Eingang
A Ausgang
48 Mittel zur Befüllung
49 Mittel zur Druckbeaufschlagung
50 Knotenstelle Ventilsystem
Betriebsmittelversorgungstank
Betriebsmittelspiegel abgedichteter Teil
Dichtung
Dichtung
Dichtung
Drucksensor
Vorsprünge
Ausnehmungen zum Sekundärschaufelrad weisende Fläche am Labyrinthring in radialer Richtung zur Innenwand des Gehäuses 6 gerichtete
Fläche am Labyrinthring
Anfahreinheit
Teilfläche

Claims

Patentansprüche
1. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b)
1.1 mit einem Eingang (E) und einem Ausgang (A) und einem dazwischen angeordneten hydrodynamischen Bauelement (2; 2.4), umfassend ein mit dem Eingang (E) drehfest verbindbares Primärschaufelrad (3; 3.4) und ein mit dem Ausgang (A) drehfest verbindbares Sekundärschaufelrad (4; 4.4), die einen Arbeitsraum (5; 5.4) bilden,
1.2 das hydrodynamische Bauelement (2; 2.4) ist frei von einem Leitrad;
1.3 mit einem, das Primärschaufelrad (3; 3.3a; 3.3b; 3.4; 3.5b; 3.5d; 3.5c; 3.8a; 3.8b) und das Sekundärschaufelrad (4; 4.3a; 4.3b; 4.4; 4.5b; 4.5d; 4.5c; 4.8a; 4.8b) umschließenden ruhenden Gehäuse (6); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
1.4 das hydrodynamische Bauelement (2; 2.4) ist frei von einer mit dem Primärschaufelrad (3; 3.4) drehfest gekoppelten und das Sekundärschaufelrad (4; 4.4) in axialer und in Umfangsrichtung umschließenden Primärschaufelradschale;
1.5 die Innenwand (11 ) des ruhenden Gehäuses (6) und wenigstens ein Teil der Außenumfänge von Primärschaufelrad (3; 3.4) und Sekundärschaufelrad (4; 4.4) begrenzen in axialer Richtung jeweils einen Schaufelradnebenraum (7, 8);
1.6 zwischen dem Primärschaufelrad (3; 3.4) und dem Sekundärschaufelrad (4; 4.4) und einem in radialer Richtung zu den Schaufelrädern hin weisenden Teil der Innenwand (11) des Gehäuses (6) ist in radialer Richtung ein Spalt (13) vorgesehen;
1.7 wenigstens ein Teil (54) des Spaltes (13) ist mittels eines berührungsfreien Dichtsystems (15; 15.4) gegenüber den Schaufelradnebenräumen (7, 8) abgedichtet;
1.8 mit mindestens einem, an einem Schaufelrad (3, 4; 3.4, 4.4) oder zwischen diesen angeordneten Austritt (16) aus dem Arbeitsraum (5);
1.9 der Austritt (16) mündet in den mittels des berührungsfreien
Dichtungssystems (15; 15.4) gegenüber den Schaufelradnebenräumen (7, 8) abgedichteten Teil (54) des Spaltes (13).
2. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das berührungsfreie Dichtsystem (15; 15.4) wenigstens zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende berührungsfreie Dichtungen (31 , 32; 31.4, 32.4) umfaßt.
3. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (31 , 32; 31.4; 32.4) als Labyrinthdichtung ausgeführt ist.
4. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1 ,8b) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (31, 32; 31.4; 32.4) als einseitige Labyrinthdichtung ausgeführt ist.
5. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (31 , 32; 31.4; 32.4) als zweiseitige Labyrinthdichtung ausgeführt ist.
6. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (31 , 32; 31.4; 32.4) als axiale Labyrinthdichtung ausgeführt ist.
7. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungsfreie Dichtung (31 , 32; 31.4; 32.4) als radiale Labyrinthdichtung ausgeführt ist.
8. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Teil (54) des Spaltes (13) sich in axialer Richtung beidseits der Trennebene (T) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) über wenigstens einen Teil der axialen Erstreckung der jeweiligen Schaufelräder (3, 4) erstreckt.
9. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Teil (54) des Spaltes (13) sich in axialer Richtung beidseits der Trennebene (T) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) symmetrisch über einen Teil der axialen Erstreckung der jeweiligen Schaufelräder (3, 4) erstreckt.
10. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der abgedichtete Teil (54) des Spaltes (13) ausgehend von der Trennebene (T) sich über wenigstens einen Teil der axialen Erstreckung des Primärschaufelrades (3) erstreckt.
11. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; .8b) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (33.31a, 33.32a, 34.31a, 34.32a; 33.31b, 33.32b, 34.31b, 34.32b; 33.31c, 33.32c, 34.31c, 34.32c) der berührungsfreien Dichtungen (31 , 32) zwischen dem Außenumfang (10) des Sekundärschaufelrades (4) und/oder der Innenwand (11) des Gehäuses (6) und dem Außenumfang (9) des Primärschaufelrades (3) und dem Gehäuse (6) ausgeführt sind.
12. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche am Sekundärschaufelrad (4) im Bereich der Trennebene (T) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) angeordnet ist.
13. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche am Primärschaufelrad (3) in axialer Richtung von der Trennebene (T) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) aus betrachtet hinter dem oder den Austritten (16) aus dem Primärschaufelrad (3) angeordnet.
14. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 11 , gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
14.1 die beiden berührungsfreien Dichtungen sind wenigstens mittelbar zwischen Primärschaufelrad (3) und Gehäuse (6) angeordnet;
14.2 die beiden Dichtungen sind beidseitig des Austrittes (16) aus dem Arbeitsraum (5) am Primärschaufelrad (3) angeordnet.
15. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtfläche am Außenumfang (9) des Primärschaufelrades (3) im Bereich der Trennebene (T) und die zweite Dichtfläche von der Trennebene (T) aus betrachtet hinter dem Austritt (16) aus dem Arbeitsraum (5) am Außenumfang (9) des Primärschaufelrades (3) angeordnet ist.
16. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Primärschaufelrad (3) ein dichtflächentragendes Element (35) drehfest verbunden ist, welches sich in axialer Richtung über wenigstens einen Teil der Abmessungen des Sekundärschaufelrades (4) erstreckt und mit dem Außenumfang (10) des Sekundärschaufelrades (4) eine Spaltdichtung bildet.
17. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
17.1 der Austritt (16) aus dem torusförmigen Arbeitsraum (5) wird von einem im Primärschaufelrad (3) angeordneten Kanal (37) gebildet;
17.2 der Kanal (37) ist derart gestaltet und ausgerichtet, daß wenigstens eine Richtungskomponente im Betriebszustand des hydrodynamischen Bauelementes (2) in Strömungsrichtung des zwischen Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) sich einstellenden Arbeitskreislaufes sowie im wesentlichen tangential zu der sich im Betriebszustand einstellenden Kreislaufkontur des Arbeitskreislaufes (23) zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) ausgerichtet ist.
18. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37) zur Verbindung von torusförmigem Arbeitsraum (5) und dem abgedichteten Teil (54) des Spaltes (13) tangential in Richtung zur Kreislaufkontur des sich zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) im Betriebszustand einstellenden Arbeitskreislaufes (23) ausgerichtet ist.
19. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37) einen geradlinigen Verlauf frei von Richtungsänderungen aufweist.
20. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Austritten (16) und damit Kanälen (37.1 bis 37.n) vorgesehen ist.
21. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (37.1 bis 37.n) auf einer theoretisch gedachten Umfangslinie des Primärschaufelrades (3), welche parallel zur Trennebene (T) zwischen Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) verläuft, angeordnet sind.
22. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (37.1 bis 37.n) auf mehreren theoretisch gedachten Umfangslinien am Außenumfang (9) des Primärschaufelrades (3), welche parallel zur Trennebene (T) zwischen dem Primärschaufelrad (3) und dem Sekundärschaufelrad (4) im Einbauzustand verlaufen, angeordnet sind.
23. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) zwischen jeweils zwei einander in Umfangsrichtung benachbart angeordneter Kanäle (37.1 bis 37. n) konstant ist.
24. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanales (37; 37.1 bis 37. n) über seine Erstreckung vom Innenumfang des Primärschaufelrades (3) bis zum Außenumfang (9) konstant ausgeführt ist.
25. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37; 37.1 bis 37. n) wenigstens eine Querschnittsänderung über seine Erstreckung vom Innenumfang des Primärschaufelrades (3) bis zum Außenumfang (9) aufweist.
26. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (37; 37.1 bis 37.n) in Richtung des Außenumfanges (9) des Primärschaufelrades (3) verengend ausgeführt ist.
27. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (37; 37.1 bis 37.n) kreisförmig ausgeführt ist.
28. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 17 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanals (37; 37.1 bis 37.n) oval ausgeführt ist.
29. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (46) mit wenigstens einem Hohlraum oder Kanal (18) über wenigstens einem Eintritt in das Gehäuse (5) gekoppelt ist.
30. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskreislauf (23) Bestandteil eines geschlossenen Kreislaufes (22) ist, umfassend einen externen Kreislaufteil, welcher außerhalb des torusförmigen Arbeitsraumes
(5) geführt wird, welcher mit dem Austritt (16) aus dem Arbeitsraum (5) und einem Eintritt in den Arbeitsraum (5) gekoppelt ist.
31. Hydrodynamische Baueinheit (1 ) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (20.2a) vollständig im ruhenden Gehäuse (6) geführt ist.
32. Hydrodynamische Baueinheit (1 ) nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (20.2b) nur teilweise im ruhenden Gehäuse (6) geführt ist und das Gehäuse (6) Anschlüsse (27, 28) zur Kopplung mit dem außerhalb des Gehäuses (6) geführten externen Teiles (20.2b) des Kreislaufes (22) aufweist.
33. Hydrodynamische Baueinheit (1 ) nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht im Gehäuse (6) geführte Teil des externen Teiles (20.2b) an einen Austritt (27) aus dem Gehäuse (6) gekoppelt ist.
34. Hydrodynamische Baueinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Teil (20.2a) oder der im Gehäuse
(6) geführte Teil des externen Teiles (20.2b) in einem spiralförmigen Kanal im Gehäuse (6) geführt werden.
35. Hydrodynamische Baueinheit (1) nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralförmige Kanal sich in Richtung des Ausganges (27) am Gehäuse (6) hin vergrößert.
36. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 29 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß im geschlossenen Kreislauf (22) Mittel zur Beeinflussung der Temperatur des Betriebsmittels vorgesehen sind.
37. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 29 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf Mittel zur Beeinflussung der Durchflußmenge angeordnet sind.
38. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 29 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß im ruhenden Gehäuse (6) unmittelbar hinter dem Spalt (13) Mittel (63) zur Erfassung des Druckes angeordnet sind.
39. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß das hydrodynamische Bauelement (2) als hydrodynamische Kupplung ausgebildet ist und Primärschaufelrad (3) und Sekundärschaufelrad (4) auf rotierbaren Wellen gelagert sind.
40. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Sekundärschaufelrad (4) und Auslauf ein Freilauf zwischengeschaltet ist.
41. Hydrodynamische Baueinheit (1 ; 1.4; 1.8a; 1.8b) nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß am Sekundärschaufelrad (4) oder zwischen Sekundärschaufelrad (4) und Freilauf eine Bremseinrichtung angeordnet ist.
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