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Die
Erfindung betrifft eine hydrodynamische Kupplung, das heißt eine
Strömungsmaschine
die nach dem Föttinger-Prinzip
arbeitet und ein antreibbares Pumpenrad sowie ein über einen
Strömungskreislauf
vom Pumpenrad angetriebenes Turbinenrad aufweist.
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Die
Erfindung betrifft dabei eine sogenannte füllungsgesteuerte hydrodynamische
Kupplung, das heißt
der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung, welcher durch das
Pumpenrad und das Turbinenrad, die sich axial gegenüberstehen,
gebildet wird, ist gezielt mit Arbeitsmedium befüllbar und entleerbar, wobei
verschiedene Füllungsgrade
des Arbeitsraums einstellbar sind. Die hydrodynamische Kupplung
ist daher nicht nur im vollgefüllten
Zustand und im entleerten oder weitgehend entleerten Zustand des
Arbeitsraums betreibbar, sondern auch mit einem gezielt einstellbaren
Teilfüllungszustand.
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Unter
einem Füllungsgrad
von 100 Prozent versteht man jenen Betriebszustand, bei dem die
maximal mögliche
Arbeitsmediummenge in den Arbeitsraum eingebracht ist. Die Angaben
von Teilfüllungszuständen in
Prozent ergeben sich somit in Abhängigkeit der maximal möglichen
Arbeitsmediummenge im Arbeitsraum, beispielsweise befindet sich
bei einem Teilfüllungszustand
von 10 Prozent ein Zehntel der maximal in den Arbeitsraum einbringbaren
Arbeitsmediummenge im Arbeitsraum.
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Bei
der erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Kupplung handelt es sich insbesondere um eine hydrodynamische Kupplung
ohne einen externen Arbeitsmediumkreislauf, das heißt es wird
kein Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Kupplung heraus und
in diese hinein geleitet, sondern sämtliches Arbeitsmedium befindet
sich stets innerhalb der hydrodynamischen Kupplung, entweder im
Arbeitsraum oder in einem zusätzlich
zum Arbeitsraum vorgesehenen Nebenraum oder in strömungsleitenden Verbindungen
zwischen diesen beiden Räumen.
Bisher sind solche hydrodynamischen Kupplungen ohne externem Arbeitsmediumkreislauf,
welche auch als geschlossene hydrodynamische Kupplungen bezeichnet
werden, stets ohne eine Füllungssteuerung verwendet
worden. Somit war es nicht möglich,
gezielt und variabel eine bestimmte Arbeitsmediummenge in den Arbeitsraum
einzubringen und auch Teilfüllungszustände einzustellen.
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Die
Patentschrift
DE 39
39 802 C1 beschreibt eine solche hydrodynamische Kupplung,
die ohne einen externen Arbeitsmediumkreislauf auskommt, auch Konstantfüllungskupplung
genannt. Um unabhängig
von der Funktion von vorgesehenen Fliehkraftventilen den Arbeitsraum
bei beliebiger Drehzahl entleeren zu können, können mittels einem magnetbetätigten Drehschieber
Steuerschlitze aufeinander geschoben werden, um eine Verbindung vom
Arbeitsraum über
Kanäle
und über
einen Ringkanal zu einem Nebenraum, auch Verzögerungskammer genannt, zu schaffen.
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Die
Patentschrift
DE 33
18 462 C2 beschreibt ebenfalls eine konstantgefüllte hydrodynamische
Kupplung mit regelbaren Stellgliedern in einer Verbindung zwischen
einer Verzögerungskammer
und dem Arbeitsraum.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
26 14 476 A1 beschreibt eine hydrodynamische Kupplung mit
einem externen Arbeitsmediumkreislauf, bei welcher einer Arbeitsmediumströmung, die
in einem Spalt zwischen dem Primärrad
und dem Sekundärrad
entlangströmt,
verstärkt
die Drehzahl des vergleichsweise langsamer umlaufenden Sekundärrads aufgeprägt wird,
indem das Sekundärrad
mit Rippen oder Taschen versehen ist, und so bei einer plötzlichen
Drehzahlerhöhung
des Primärrades
verhindert wird, dass das sich in diesem Spalt befindliche Arbeitsmedium mit
dem Primärrad
in Umfangsrichtung beschleunigt wird.
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Die
Offenlegungsschrift
DE
32 40 334 A1 beschreibt eine Konstantfüllungskupplung, das heißt eine
hydrodynamische Kupplung ohne externen Arbeitsmediumkreislauf, bei
welcher am Sekundärrad ein
Schöpfrohr
befestigt ist, dessen Einlauföffnung sich
im Bereich der Rückseite
des Sekundärrades und
zwar im radial äußersten
Bereich des von der Kupplungsschale umschlossenen Innenraumes befindet,
um das in der Schale befindliche und mit dem Primärrad umlaufende
Arbeitsmedium aufzunehmen und radial nach innen über ein Schieberventil in die Verzögerungskammer
zu transportieren.
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Mit
den Kupplungen gemäß den genannten Dokumenten
ist zwar ein gewisser Eingriff von außerhalb der Kupplung im Betrieb
möglich,
um das Strömen
von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum oder aus
dem Nebenraum in den Arbeitsraum zu ermöglichen. Das gezielte Einstellen von
Teilfüllungszuständen des
Arbeitsraums bei den bekannten Ausführungsformen ist jedoch noch
nicht in zufriedenstellendem Maße
möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Kupplung
anzugeben, welche insbesondere als geschlossene hydrodynamische Kupplung
ohne externen Arbeitsmediumkreislauf ausgeführt ist, welche gegenüber dem
Stand der Technik verbessert ist, und bei der insbesondere eine Füllungssteuerung
derart möglich
ist, dass neben dem vollgefüllten
Zustand und dem entleerten Zustand des Arbeitsraums auch Teilfüllungszustände des
Arbeitsraums einstellbar sind.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird durch eine hydrodynamische Kupplung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die
abhängigen
Ansprüche
beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die
erfindungsgemäße hydrodynamische Kupplung
weist neben dem Arbeitsraum, welcher durch ein drehbares Pumpenrad
und ein drehbares Turbinenrad gebildet wird, einen Nebenraum für Arbeitsmedium
auf. Der Arbeitsraum und der Nebenraum sind miteinander über einen
Zulaufkanal und über
einen Rücklaufkanal
strömungsleitend
beziehungsweise arbeitsmediumleitend verbunden. Somit kann sich
eine Kreislaufströmung
zwischen dem Arbeitsraum und dem Nebenraum einstellen. Bei einer solchen
Kreislaufströmung
strömt
das Arbeitsmedium aus dem Nebenraum über den Zulaufkanal in den Arbeitsraum,
und aus dem Arbeitsraum über
den Rücklaufkanal
wieder zurück
in den Nebenraum.
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Um
den Füllungsgrad
des Arbeitsraums, das heißt
eine bestimmte Menge von Arbeitsmedium im Arbeitsraum einzustellen,
ist der Strömungsquerschnitt
für das
Arbeitsmedium im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal gezielt veränderbar.
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Wenn
beispielsweise der Querschnitt des Zulaufkanals stets konstant gehalten
wird und der Querschnitt des Rücklaufkanals
regelbar ist, strömt Arbeitsmedium
aus dem Nebenraum allein aufgrund des Druckunterschieds zwischen
der Austrittsstelle des Arbeitsmediums aus dem Nebenraum und der Eintrittsstelle
des Arbeitsmediums in den Arbeitsraum vom Nebenraum in den Arbeitsraum.
Der Druckabfall über
den Rücklaufkanal
ist hingegen durch Veränderung
des Strömungsquerschnitts
des Rücklaufkanals
einstellbar, so dass durch Vergrößern des
Strömungsquerschnitts
der Arbeitsmediumstrom aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum erhöht wird,
wohingegen er durch Vermindern des Strömungsquerschnitts verringert
wird.
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Wenn
bei einem stets konstanten Querschnitt des Rücklaufkanals der Querschnitt
des Zulaufkanals regelbar ist, kann die Menge von Arbeitsmedium
im Arbeitsraum, das heißt
der Füllungsgrad des
Arbeitsraums, durch gezieltes Verändern der Größe des aus
dem Nebenraum in den Arbeitsraum einströmenden Arbeitsmediumstroms
eingestellt werden. Ein Vergrößern des
Querschnitts führt
zu einer Zunahme des Arbeitsmediumstroms, wohingegen eine Verminderung
des Querschnitts zu einer Verringerung des Arbeitsmediumstroms führt.
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Die
arbeitsmediumleitenden Verbindungen und insbesondere die Position
des Nebenraums, welcher erfindungsgemäß innerhalb des Gehäuses und/oder
am Gehäuse
der hydrodynamischen Kupplung angeordnet ist und vorteilhaft mit
der Drehzahl des Pumpenrads und/oder des Turbinenrads umläuft, sind
vorteilhaft derart gewählt,
dass stets ein Austausch von Arbeitsmedium zwischen dem Arbeitsraum
und dem Nebenraum erfolgt. Diese arbeitsmediumaustauschende Kreislaufströmung liegt vorteilhaft
in jedem vorkommenden Schlupfbereich von einem Schlupf von 100 Prozent
bis zum vorgegebenen Mindestschlupf der hydrodynamischen Kupplung
vor. Der Schlupf beschreibt dabei das Verhältnis von der Drehzahl des
Turbinenrads zur Drehzahl des Pumpenrads. 100 Prozent Schlupf beschreibt
den Zustand, dass das Turbinenrad steht und das Pumpenrad umläuft, wohingegen
0 Prozent Schlupf vorliegt, wenn Pumpenrad und Turbinenrad mit derselben
Drehzahl umlaufen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung ist zur Unterstützung
beziehungsweise zur aktiven Förderung
der Arbeitsmediumströmung
aus dem Arbeitsraum in den Nebenraum und/oder aus dem Nebenraum
in den Arbeitsraum eine rotierende Verdrängerpumpe im Rücklaufkanal
und/oder im Zulaufkanal angeordnet, wobei die Verdrängerpumpe entweder
wenigstens teilweise durch das Pumpenrad oder das Turbinenrad gebildet
wird oder von einem dieser beiden Räder angetrieben wird. Unter Verdrängerpumpe
sind dabei solche Pumpen zu verstehen, die eine Volumenverdrängung von
Arbeitsmedium in der Pumpe verursachen, wie beispielsweise eine
Zahnradpumpe, insbesondere Außenzahnradpumpe,
eine Förderschnecke
(Archimedische Schraube), eine Rotationskolbenpumpe oder eine Flügelzellenpumpe.
Zur Volumenverdrängung
wird bei Verdrängerpumpen
das Medium durch in sich abgeschlossene Volumen gefördert, wobei
ein Zurückströmen durch
Dichtstellen zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen
verhindert wird.
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Beispielsweise
ist die Verdrängerpumpe
als Außenzahnradpumpe
ausgeführt,
wobei ein Ritzel mit einer Außenverzahnung
des umlaufenden Pumpenrads oder des Turbinenrads kämmt, und
insbesondere einen Volumenstrom durch einen Pumpspalt zwischen dem
Ritzel, welches mit seinen Zähnen
innen an einer Fläche
des Gehäuses
der hydrodynamischen Kupplung entlanggleitet, und dem Gehäuse fördert. Wenn
das Ritzel mit dem Pumpenrad kämmt, um
die Zahnradpumpe auszubilden, ist das Gehäuse insbesondere drehfest am Turbinenrad
angeschlossen oder einstückig
mit diesem ausgebildet und umschließt zusammen mit dem Turbinenrad
das Pumpenrad. Umgekehrt, wenn das Ritzel mit dem Turbinenrad kämmt, kann
das Gehäuse
drehfest am Pumpenrad angeschlossen sein oder einstückig mit
diesem ausgebildet sein und das Turbinenrad zusammen mit dem Pumpenrad
umschließen.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung wird die Arbeitsmediumströmung im Rücklaufkanal und/oder im Zulaufkanal
dadurch aktiv gefördert,
dass eine Seitenkanalpumpe im Rücklaufkanal
und/oder im Zulaufkanal angeordnet ist. Eine solche Seitenkanalpumpe
weist ein beschaufeltes Rad und einen neben dem beschaufelten Rad
angeordneten Kanal auf, welcher in Umfangsrichtung über der
Drehachse des beschaufelten Rads verläuft und dabei insbesondere
eine Unterbrechung aufweist. Der Kanal kann sich einseitig, axial
und/oder radial neben dem beschaufelten Rad oder beidseitig hierzu erstrecken.
Durch Umlaufen des beschaufelten Rades wird eine Strömung in
Umfangsrichtung durch den Kanal erzeugt, in der Regel von einer
Einlassöffnung
des Kanals auf der einen Seite der Unterbrechung in Umfangsrichtung
bis zu einer Auslassöffnung
auf der anderen Seite der Unterbrechung und aus dieser hinaus. Das
beschaufelte Rad ist erfindungsgemäß in dem Pumpenrad oder dem
Turbinenrad integriert oder wird durch ein mit dem Pumpenrad oder
dem Turbinenrad, insbesondere mit derselben Drehzahl umlaufendes
Rad gebildet, welches beispielsweise neben dem Pumpenrad oder Turbinenrad,
insbesondere mit seiner Drehachse fluchtend zur Drehachse des Pumpenrads
oder Turbinenrads angeordnet sein kann. Der Kanal (Seitenkanal)
ist im Gehäuse
ausgebildet und verläuft
somit in Umfangsrichtung über
der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung.
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Mit
einer solchen Seitenkanalpumpe kann durch eine Zirkulationsströmung im
Bereich des beschaufelten Rades, welche in einem Impulsaustausch
mit dem Förderstrom
im neben dem Laufrad (beschaufelten Rad) angeordneten Seitenkanal steht,
ein vergleichsweise größerer Energieeintrag
in das Pumpmedium beziehungsweise das Arbeitsmedium erreicht werden,
als beispielsweise bei einer Kreiselpumpe.
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Das
beschaufelte Rad kann insbesondere mit einer halbseitig durch eine
Schale umschlossenen Beschaufelung ausgeführt sein, vergleichbar mit der
Beschaufelung des Pumpenrads oder des Turbinenrads, oder auch mit
einer sternförmigen
Beschaufelung. Andere Formen sind denkbar.
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Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist zur Unterstützung der Strömung des
Arbeitsmediums durch den Rücklaufkanal
und/oder Zulaufkanal ein Gleitelement im Rücklaufkanal und/oder Zulaufkanal
angeordnet, das in Umfangsrichtung über der Drehachse der hydrodynamischen
Kupplung zusammen mit dem Pumpenrad, dem Turbinenrad und/oder dem
Gehäuse
umläuft
und zugleich an einem gegenüberstehenden Bauteil
entlanggleitet, um einen Dichtspalt mit diesem Bauteil auszubilden,
wobei der Dichtspalt, in einem Axialschnitt durch die hydrodynamische
Kupplung und in Strömungsrichtung
des Arbeitsmediums durch den Rücklaufkanal
und/oder Zulaufkanal gesehen, sich zunächst konisch bis zu einem minimalen Strömungsquerschnitt
verjüngt
und anschließend
konisch erweitert. Der Winkel der konischen Erweiterung ist größer als
der Winkel der konischen Verjüngung,
das heißt
der Strömungsquerschnitt
auf der Anströmseite
des Gleitelements verläuft
in dem Axialschnitt spitzer als jener der Abströmseite.
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Die
Arbeitsmediumförderung
durch Umlaufen des Gleitelementes erfolgt insbesondere in einer Richtung
senkrecht zur Drehrichtung des Gleitelementes, wobei die Förderwirkung
im Wesentlichen durch Vorsehen der beiden verschiedenen Winkel bedingt
ist; das Arbeitsmedium strömt
vom spitzeren Winkel in den größeren Winkel.
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Um
diese Mediumförderung
durch das Gleitelement zusätzlich
zu verstärken,
kann das Gleitelement, das sich in Umfangsrichtung der hydrodynamischen
Kupplung in der Regel über
dem gesamten Umfang, vorteilhaft einstückig erstreckt, einen mäanderförmigen oder
sinusförmigen
Verlauf in einer Draufsicht in Radialrichtung aufweisen. Das bedeutet,
dass die axiale Position der Dichtstelle zwischen dem Gleitelement
und dem gegenüberstehenden Element,
beispielsweise dem Außenumfang
des Pumpenrads oder Turbinenrads, wenn das Dichtelement innen im
Gehäuse
montiert ist, über
dem Umfang variiert. Schließlich
können
zur Förderungsunterstützung im
Bereich des Gleitelementes oder im Gleitelement selbst Rippen oder
Nuten vorgesehen sein, welche insbesondere eine Spiralform aufweisen und
somit nach der Art einer Förderschnecke
arbeiten.
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Gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung ist im Rücklaufkanal
und/oder Zulaufkanal die Mündung
eines über
der Drehachse der hydrodynamischen Kupplung rotierenden Schöpfrohres
angeordnet, um Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal und/oder dem Zulaufkanal
mittels eines Staudruckes abzuschöpfen und in Richtung des Nebenraumes und/oder
des Arbeitsraumes zu fördern.
Dabei sind Maßnahmen
getroffen, um die Geschwindigkeitsdifferenz in Umfangsrichtung zwischen
dem Arbeitsmedium und der Schöpfrohrmündung im
Vergleich zu der Umfangsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Pumpenrad
und dem Turbinenrad zu erhöhen. Gemäß einer
Ausführung
ist das Schöpfrohr über eine
Getriebeübersetzung
mit dem Pumpenrad und/oder dem Turbinenrad verbunden, so dass es bei
Schlupf zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad mit einer kleineren
Drehzahl als das Turbinenrad (und damit auch als das Pumpenrad)
umläuft, und
bei einem Schlupf von 100%, das heißt, dass das Turbinenrad steht,
sogar entgegen der Drehrichtung des Pumpenrads umläuft. Gemäß einer
zusätzlichen oder
alternativen Ausführungsform
ist eine Fördereinrichtung
für das
Arbeitsmedium im Bereich der Mündung
des Schöpfrohres
vorgesehen, welche über
eine Getriebeübersetzung
mit dem Pumpenrad und/oder dem Turbinenrad verbunden ist, und welche
im Betrieb das Arbeitsmedium durch Umlaufen mit einer größeren Drehzahl
als die Drehzahl des Pumpenrads in die Schöpfrohrmündung fördert.
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Das
Schöpfrohr
und/oder die Fördereinrichtung
können
vorteilhaft über
ein Planetengetriebe mit dem Pumpenrad und/oder dem Turbinenrad
verbunden sein, um dadurch die vergleichsweise stärkere Förderung
von Arbeitsmedium in die Schöpfrohrmündung zu
erreichen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung sind genau ein einziger Zulaufkanal
und ein einziger Rücklaufkanal
zwischen dem Arbeitsraum und dem Nebenraum vorgesehen. Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung ist eine Vielzahl von parallel zueinander
angeordneten Zulaufkanälen
und/oder eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten Rücklaufkanälen zwischen
dem Arbeitsraum und dem Nebenraum vorgesehen.
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Der
Strömungsquerschnitt
für Arbeitsmedium
im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal
kann beispielsweise dadurch veränderbar
sein, dass ein Regelventil im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal
vorgesehen ist. Das Regelventil kann beispielsweise als Magnetventil
ausgeführt
sein, das heißt
einen durch Magnetkraft betätigbaren
Ventilkörper oder
Kolben aufweisen, der mit einem Ventilsitz zusammenarbeitet, um
durch eine Bewegung des Ventilkolbens relativ gegenüber dem
Ventilsitz den Querschnitt für
die Arbeitsmediumströmung
zu vergrößern oder
zu verringern.
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Der
Nebenraum kann vollständig
oder teilweise radial innerhalb des Arbeitsraums positioniert sein.
Es ist jedoch auch möglich,
den Nebenraum – auf
die Radialrichtung der hydrodynamischen Kupplung bezogen – vollständig innerhalb
des Bereiches zwischen dem Innenradius und dem Außenradius des
Arbeitsraums zu positionieren.
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Gemäß einer
Ausführung
der Erfindung ist der Nebenraum teilweise oder vollständig axial
außerhalb
des Arbeitsraums angeordnet. Es ist jedoch auch hier möglich, den
Nebenraum vollständig
innerhalb jenes axialen Bereiches zu positionieren, der an seinen
beiden entgegengesetzten axialen Enden durch die Stirnseiten des
Arbeitsraums, das heißt durch
den Schaufelradboden des Pumpenrads und den Schaufelradboden des
Turbinenrads begrenzt wird.
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Wenn
im Zulaufkanal und/oder Rücklaufkanal
eine Rotationspumpe in Form einer Seitenkanalpumpe angeordnet ist,
kann das erste Schaufelrad der Rotationspumpe beispielsweise am
Pumpenrad angeschlossen oder integral mit diesem ausgebildet sein,
und das zweite Schaufelrad beziehungsweise der Kanal der Rotationspumpe
kann am Turbinenrad angeschlossen oder integral mit diesem ausgebildet sein.
In diesem Fall läuft
somit das erste Schaufelrad der Rotationspumpe mit der Pumpenraddrehzahl
um, und das zweite Schaufelrad beziehungsweise der Kanal der Rotationspumpe
läuft mit
der Turbinenraddrehzahl um.
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Das
Turbinenrad der hydrodynamischen Kupplung kann einen Teil des Kupplungsgehäuses ausbilden
und beispielsweise zusammen mit einem weiteren Teil des Kupplungsgehäuses das
Pumpenrad in Axialrichtung beidseitig und in Umfangsrichtung vollständig umschließen. Hierbei
ist es ferner möglich,
dass das zweite Schaufelrad der Rotationspumpe im Kupplungsgehäuse angeordnet
ist, das heißt
entweder drehfest an diesem angeschlossen oder integral mit diesem
ausgebildet ist, beziehungsweise der Kanal im Kupplungsgehäuse angeordnet ist.
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Wenn
ein Schöpfrohr
vorgesehen ist, kann dieses derart angeordnet sein, dass es Arbeitsmedium
aus dem Arbeitsraum abschöpft.
Alternativ oder zusätzlich
kann es oder ein weiteres Schöpfrohr
jedoch auch derart angeordnet sein, dass es Arbeitsmedium aus dem
Nebenraum abschöpft.
Dementsprechend kann das Schöpfrohr
dem Zulaufkanal und/oder dem Rücklaufkanal
zugeordnet werden.
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Um
einen möglichst
geringen Gegendruck für
das Arbeitsmedium, welches aus dem Nebenraum in den Arbeitsraum
strömt,
auszubilden, mündet
der Zulaufkanal vorteilhaft im Bereich der radialen und/oder axialen
Mitte des Arbeitsraums im Arbeitsraum. Die radiale Mitte ist dabei
die Mitte im Ringraum in Radialrichtung gesehen zwischen dem Innenradius
und dem Außenradius
des Arbeitsraums. Anstelle dieser radialen Mitte kann der Zulaufkanal (oder
auch der Rücklaufkanal)
auch auf dem Durchmesser der Flächenhalbierenden
münden,
welche den Querschnitt des Arbeitsraums bei einer axialen Draufsicht
auf die Schaufelräder vom
Trennspalt aus in zwei gleichgroße Kreisringflächen unterteilt.
Die axiale Mitte liegt mittig zwischen den beiden in Axialrichtung
entgegengesetzten Stirnseiten des Arbeitsraums, das heißt zwischen
dem Schaufelradboden des Pumpenrads und dem Schaufelradboden des Turbinenrads.
Bei in Axialrichtung gleich großen Schaufelrädern (Pumpenrad
und Turbinenrad) liegt somit die axiale Mitte im Bereich des Trennspaltes zwischen
dem Pumpenrad und dem Turbinenrad. Der Trennspalt ist jener Spalt,
welcher in Umfangsrichtung und über
der radialen Erstreckung des Arbeitsraums zwischen dem Pumpenrad
und dem Turbinenrad in der Ebene verläuft, in welcher sich das Pumpenrad
und das Turbinenrad relativ zueinander in Umfangsrichtung der hydrodynamischen
Kupplung bewegen.
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Der
Rücklaufkanal
ist vorteilhaft mit seiner Mündung,
in welche das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum eintritt, im Bereich
des Außenradius
des Arbeitsraums insbesondere im Trennspalt zwischen dem Pumpenrad
und dem Turbinenrad angeschlossen.
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Insbesondere
in Betriebszuständen,
in welchen der Arbeitsraum der hydrodynamischen Kupplung nur teilweise
mit Arbeitsmedium gefüllt
ist, das heißt
im sogenannten Teilfüllungszustand,
ist – in Umfangsrichtung
der hydrodynamischen Kupplung betrachtet – eine Seite des Raumes zwischen
zwei Schaufeln mit mehr Arbeitsmedium befüllt als die andere entgegengesetzt
hierzu angeordnete Seite. Dementsprechend ist der Druck auf jener
mit Arbeitsmedium befüllten
beziehungsweise stärker
befüllten Seite
größer als
auf der weniger befüllten
Seite, wobei die letztere beispielsweise nur mit Luft beaufschlagt
ist. Vorteilhaft mündet
der Zulaufkanal auf der weniger befüllten Seite, da hier der Druck
geringer ist, und der Rücklaufkanal
mündet
auf der stärker
befüllten
Seite, da hier der Druck höher
ist.
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Der
Zulaufkanal und/oder der Rücklaufkanal können derart
im Arbeitsraum münden,
dass sie mit ihrer Mündung
in Strömungsrichtung
des Arbeitsmediums im Arbeitsraum gerichtet sind. Hierdurch wird das
Arbeitsmedium aus dem Zulaufkanal durch die Wirkung der Strömung im
Arbeitsraum sozusagen herausgezogen. Die Ausrichtung des Rücklaufkanals bewirkt,
dass das Arbeitsmedium direkt in die Mündung des Rücklaufkanals gedrückt wird.
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Das
Ventil, welches im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal angeordnet sein
kann, kann nicht nur als Regelventil, sondern gemäß einer
weiteren möglichen
Ausführung
auch als getaktetes Auf-Zu-Ventil ausgeführt sein. Durch eine vorgegebene
zeitliche Abfolge von geöffneten
und geschlossenen Zuständen
(Taktung) des Ventils kann der Strom von Arbeitsmedium, welcher
durch das Ventil strömt,
geregelt werden.
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Die
Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren
exemplarisch erläutert
werden.
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Es
zeigen:
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1 einen
schematisch dargestellten Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Kupplung mit einem Regelventil im Rücklaufkanal, jedoch noch ohne
Maßnahmen
zur Steigerung des Volumenstroms von Arbeitsmedium durch den Zulaufkanal und
Rücklaufkanal;
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2 einen
schematisch dargestellten Axialschnitt entsprechend der 1 einer
hydrodynamischen Kupplung, jedoch mit einem Regelventil im Zulaufkanal;
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3 eine
erste mögliche
Positionierung des Nebenraums vollständig radial innerhalb des Arbeitsraums;
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4 eine
Positionierung des Nebenraums im wesentlichen axial außerhalb
und nur teilweise radial innerhalb des Arbeitsraums;
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5 einen
schematischen Axialschnitt und Radialschnitt durch eine erfindungsgemäße hydrodynamische
Kupplung mit einer Zahnradpumpe im Rücklaufkanal;
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6 einen
Axialschnitt und einen Radialschnitt entsprechend der 5 einer
hydrodynamischen Kupplung mit einer Flügelzellenpumpe im Rücklaufkanal,
sowie einen entsprechenden Radialschnitt mit aufeinander und innen
am Gehäuse
abrollenden Rollen als Flügel
der Flügelzellenpumpe;
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7 eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
einer hydrodynamischen Kupplung mit einem Schöpfrohr im Rücklaufkanal, das als Hohlrad eines
Planetengetriebes über
einen mit der Drehzahl des Turbinenrads und des Gehäuses umlaufenden Planetenträger mit
einem oder mehreren Planetenrädern
angetrieben wird, wobei das Pumpenrad zugleich das Sonnenrad ausbildet;
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8 eine
alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen
Kupplung mit einem Schöpfrohr
im Rücklaufkanal,
wobei das Schöpfrohr
mit der Drehzahl des Turbinenrads und des Gehäuses umläuft, und eine Fördereinrichtung
axial neben der Mündung
des Schöpfrohrs
vorgesehen ist, um Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal in das Schöpfrohr zu
fördern;
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9 eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
einer hydrodynamischen Kupplung mit einem innen im Gehäuse montierten
Gleitelement, das am Außenumfang
des Pumpenrads entlanggleitet, um Arbeitsmedium im Rücklaufkanal
durch den Dichtspalt zwischen dem Gleitelement und dem Pumpenrad
zu fördern.
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In
der 1 erkennt man in einem Axialschnitt das Pumpenrad 1 und
das Turbinenrad 2 der hydrodynamischen Kupplung. Das Turbinenrad 2 bildet
zusammen mit einer das Pumpenrad 1 umschließenden Schale
das Gehäuse 3 der
hydrodynamischen Kupplung aus.
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Innerhalb
von diesem Gehäuse 3 ist
auch der Nebenraum 6 der hydrodynamischen Kupplung angeordnet.
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Das
Pumpenrad 1 wird über
eine Eingangwelle 4 von einer Antriebsmaschine (nicht dargestellt),
beispielsweise dem Motor eines Kraftfahrzeugs, angetrieben. Hierzu
wird das Pumpenrad 1 drehfest von der Antriebswelle 4 getragen.
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Das
Pumpenrad 1 beschleunigt das Arbeitsmedium im Arbeitsraum 10 radial
nach außen,
so dass das Arbeitsmedium radial außen in das Turbinenrad 2 eintritt
und im Turbinenrad 2 radial nach innen verzögert wird,
so dass es auf dem Innendurchmesser des Arbeitsraums 10 wieder
in das Pumpenrad 1 eintritt. Als Arbeitsmedium kann beispielsweise Öl, Wasser
oder ein Wassergemisch dienen. Beispielsweise kann das Kühlmedium
beziehungsweise das Kühlwasser
eines Fahrzeugkühlkreislaufs
als Arbeitsmedium für
die hydrodynamische Kupplung verwendet werden.
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Die
Kreislaufströmung
von Arbeitsmedium im Arbeitsraum 10 führt zu einer Leistungsübertragung
der Antriebsleistung vom Pumpenrad 1 auf das Turbinenrad 2.
Das Turbinenrad 2 ist wiederum mit einer Abtriebswelle 5 drehstarr
gekoppelt, so dass die hydrodynamisch übertragene Antriebsleistung über die
Abtriebswelle 5 auf eine Arbeitsmaschine oder auf Antriebsräder weitergeleitet
werden kann. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
anstelle einer radial innenliegenden Abtriebswelle 5 und/oder
Antriebswelle 4 leistungsübertragende Elemente auf einem
größeren Durchmesser,
insbesondere außerhalb
des Arbeitsraums 10, vorzusehen, beispielsweise in Form
einer Riemenscheibe oder einer Verzahnung.
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Der
Begriff der Arbeitsmaschine ist weit zu verstehen. So kommt beispielsweise
auch der Antrieb eines Lüfterrads
eines Kraftfahrzeugslüfters über die
hydrodynamische Kupplung in Betracht. Beispielsweise kann das Lüfterrad
die hydrodynamische Kupplung in Umfangsrichtung umschließen und
insbesondere auf dem Kupplungsgehäuse 3, beispielsweise
drehstarr, gelagert sein.
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Der
Nebenraum 6 dient zur Aufnahme jener Menge von Arbeitsmedium,
welche zu einem vorgegebenen Zeitpunkt sich nicht im Arbeitsraum 10 befinden
soll, um einen Teilfüllungszustand
des Arbeitsraums 10 einzustellen, oder um den Arbeitsraum 10 zu
entleeren beziehungsweise entleert oder im wesentlichen entleert
zu halten. Hierzu ist der Nebenraum 6 über einen Zulaufkanal 9, über welchen
das Arbeitsmedium aus dem Nebenraum 6 in den Arbeitsraum 10 strömt, mit
dem Arbeitsraum 10 strömungsleitend
beziehungsweise arbeitsmediumleitend verbunden. Wenn man in dem
gezeigten Axialschnitt den Arbeitsraum 10 in vier gleich
große
Kreissektoren (Quadranten) einteilt, beginnend radial innen im Pumpenrad
und angeordnet entgegen dem Uhrzeigersinn, so mündet der Zulaufkanal 9 im
ersten Quadranten im Arbeitsraum 10.
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Im
Bereich des äußeren Umfangs
des Arbeitsraums 10 ist ein Rücklaufkanal 8 am Arbeitsraum 10 derart
angeschlossen, dass Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 10 über den
Rücklaufkanal 8 in den
Nebenraum 6 strömt.
Der Rücklaufkanal 8 mündet dabei
bei der gezeigten Ausführung
im Bereich des Trennspaltes zwischen dem Pumpenrad 1 und dem
Turbinenrad 2.
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Im
Rücklaufkanal 8 ist
ein Regelventil 7 vorgesehen, um den Strömungsquerschnitt
des Rücklaufkanals 8 variabel
einzustellen und somit die Menge von Arbeitsmedium zu regeln, die
aus dem Arbeitsraum 10 in den Nebenraum 6 strömt.
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Die
in der 2 gezeigte Ausführung entspricht weitgehend
jener aus der 1. Allerdings ist hier der Rücklaufkanal 8 frei
von einer Regeleinrichtung, wohingegen gemäß der 1 der Zulaufkanal 9 frei
von einer Regeleinrichtung war. Stattdessen ist bei der Ausführung gemäß der 2 im
Zulaufkanal 9 eine Regeleinrichtung in Form eines Regelventils 7 vorgesehen.
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Der
Nebenraum 6 kann mit der Geschwindigkeit des Pumpenrads 1 oder
der Geschwindigkeit des Turbinenrads 2 umlaufen. Insofern
der Nebenraum 6 von Bauteilen des Pumpenrads 1 und
zugleich von Bauteilen des Turbinenrads 2 begrenzt wird,
läuft ein Teil
seiner Wandung mit der Drehzahl des Pumpenrads 1 und ein
anderer Teil seiner Wandung mit der Drehzahl des Turbinenrads 2 um.
Prinzipiell ist es auch möglich,
den Nebenraum 6 stationär
anzuordnen. Vorteilhaft ist der Nebenraum 6 jedoch derart gestaltet,
dass sich ein in ihm mit dem Arbeitsraum 10 mitrotierender
Flüssigkeitsring
des Arbeitsmediums einstellt, wobei ein dauerhafter Austausch zwischen
dem Arbeitsmedium des Arbeitsraums 10 und dem Arbeitsmedium
im Nebenraum 6 stattfindet.
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Besonders
vorteilhaft wird der Nebenraum 6 derart gestaltet, dass
sich bei einem Schlupf von Null, das heißt das Pumpenrad 1 und
das Turbinenrad 2 laufen mit derselben Drehzahl um, ein
Flüssigkeitsspiegel
im Nebenraum 6 einstellt, der radial zwischen dem Innenradius
und der radialen Mitte des Arbeitsraums 10 liegt. Es ist
jedoch auch möglich,
den Nebenraum 6 derart zu gestalten, dass bei einem Schlupf
von Null der Flüssigkeitsspiegel
von Arbeitsmedium im Nebenraum 6 zwischen der radialen
Mitte und dem äußeren Umfang
des Arbeitsraums 10 liegt, oder radial innerhalb des inneren
Umfangs des Arbeitsraums 10.
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Das
Umlaufen des Arbeitsmediums im Nebenraum 6 in Umfangsrichtung
der hydrodynamischen Kupplung kann durch mitnehmende Elemente an
der Wandung des Arbeitsraums 6 gefördert werden. Wenn beispielsweise
der Arbeitsraum 6 teilweise von mit der Drehzahl des Pumpenrads 1 umlaufenden
Bauteilen und teilweise von mit der Drehzahl des Turbinenrads 2 umlaufenden
Bauteilen begrenzt wird, so können
an ausgewählten
Bauteilen entsprechende Mitnahmeelemente für das Arbeitsmedium vorgesehen
sein, zum Beispiel Rippen, um die antreibende Wirkung dieser Bauteile
auf das Arbeitsmedium im Nebenraum 6 gegenüber den übrigen Bauteilen
zu verbessern und hierdurch die Geschwindigkeit beziehungsweise
die Drehzahl einzustellen, mit welcher das Arbeitsmedium im Nebenraum 6 in
Umfangsrichtung umläuft.
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Die 3 zeigt
eine mögliche
Ausgestaltung einer hydrodynamischen Kupplung, bei welcher der Nebenraum 6 vollständig radial
innerhalb des Arbeitsraums 10 angeordnet ist.
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Im
Rücklaufkanal 8 ist
ferner eine Rotationspumpe 12 angeordnet, welche eine strömungsfördernde
Wirkung auf das Arbeitsmedium im Rücklaufkanal 8 in Richtung
vom Arbeitsraum 10 zum Nebenraum 6 ausübt. Die
Rotationspumpe 12 weist ein erstes Schaufelrad 12.1 auf,
das integral mit dem Pumpenrad 1 ausgebildet ist, und zwar
vorliegend auf der in Axialrichtung entgegengesetzten Seite des
Pumpenrads 1 wie die Beschaufelung im Arbeitsraum 10, und
ein zweites Schaufelrad beziehungsweise einen neben dem ersten Schaufelrad
angeordneten Kanal 12.2. Dabei kann das erste Schaufelrad 12.1 der
Rotationspumpe 12 und/oder das zweite Schaufelrad der Rotationspumpe 12 auch
nur sehr wenige oder nur eine einzige Schaufel aufweisen, beziehungsweise
einen Kanal in Umfangsrichtung mit einer oder mehreren Unterbrechungen
ausbilden.
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Das
zweite Schaufelrad beziehungsweise der Kanal 12.2 der Rotationspumpe 12 ist
integral mit dem Gehäuse 3 ausgeführt und
läuft somit
mit der Drehzahl des Turbinenrads 2 um, da das Gehäuse 3 teilweise
vom Turbinenrad 2 ausgebildet wird beziehungsweise an diesem
angeschlossen ist. Das erste Schaufelrad 12.1 und das zweite
Schaufelrad der Rotationspumpe 12 sind derart axial gegenüberstehend angeordnet,
dass sie einen torusförmigen
Pumpenarbeitsraum ausbilden. Die Rotationspumpe 12 in der gezeigten
Form wird auch als Seitenkanalpumpe bezeichnet, wobei man dann in
der Regel von einem Schaufelrad und einem zugeordneten (Seiten-)Kanal,
hier mit 12.2 bezeichnet, der sonst üblicherweise in einem stehenden
Bauteil angeordnet ist, spricht.
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Im
Rücklaufkanal 8 ist
ferner der Kolben 7.1 eines Regelventils 7, das
in Form eines Magnetventils ausgeführt ist, angeordnet. Der Kolben 7.1 kann durch
Bestromung eines Spulenkörpers 7.2 entgegen
der Kraft einer Feder 11, hier einer Tellerfeder, in Axialrichtung
der hydrodynamischen Kupplung verschoben werden, so dass er den
Strömungsquerschnitt
im Rücklaufkanal 8 mehr
oder minder freigibt. Je weiter der Kolben 7.1 entgegen
der Kraft der Feder 11 aufgrund einer auf ihn aufgebrachten
Magnetkraft verschoben wird, desto größer ist der Strömungsquerschnitt
im Rücklaufkanal 8, über welchen das
Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 10 in den Nebenraum 6 strömen kann.
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Die
Ausführung
der 4 entspricht prinzipiell jener der 3.
Bei dieser Ausführung
ist jedoch der Nebenraum 6 axial neben dem Arbeitsraum 10 positioniert,
und das erste (12.1) und das zweite Schaufelrad beziehungsweise
der Kanal 12.2 der Rotationspumpe 12 (Seitenkanalpumpe)
stehen sich in Radialrichtung derart gegenüber, dass sie einen torusförmigen Pumpenarbeitsraum
ausbilden. Ferner wird der Kolben 7.1 entgegen der Kraft
einer Feder 11, die als Druckfeder ausgeführt ist,
verschoben, um den Strömungsquerschnitt
im Rücklaufkanal 8 zu vergrößern.
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Bei
beiden Ausführungen,
der Ausführung gemäß der 3 und
der Ausführung
gemäß der 4,
stehen das beziehungsweise die Lager, mit welchen das Turbinenrad 2 gegenüber dem
Pumpenrad 1 beziehungsweise gegenüber der Antriebswelle 4 gelagert
ist, in einer strömungsleitenden
Verbindung mit dem Arbeitsraum 10 beziehungsweise dem Nebenraum 6,
so dass die Lager vom Arbeitsmedium umspült werden, um diese zu kühlen und/oder
zu schmieren.
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Gemäß der Ausführung der 3 verläuft der
Zulaufkanal 9 in etwa oder vollständig in Tangentialrichtung
des äußeren Umfangs
des Arbeitsraums 10, und zwar von radial innen nach radial
außen.
Gemäß der 4 verläuft der
Zulaufkanal 9 hingegen in Axialrichtung der hydrodynamischen
Kupplung senkrecht oder im wesentlichen senkrecht zu dem äußeren Umfang
(beides mal im Axialschnitt gesehen) des Arbeitsraums 10.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß der 5 ist
im Rücklaufkanal 8 eine
Zahnradpumpe angeordnet, umfassend ein Ritzel 15, das mit
einer Außenverzahnung 16 auf
dem Pumpenrad 1 kämmt.
Entweder ist ein einziges Ritzel 15 vorgesehen, oder es sind,
wie angedeutet, mehrere Ritzel 15, insbesondere gleichmäßig über dem
Außenumfang
des Pumpenrads 1 verteilt angeordnet, vorgesehen.
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Das
Ritzel 15 gleitet an einer inneren Oberfläche des
Gehäuses 3 entlang
und bildet mit dem Gehäuse 3 einen
Pumpspalt aus, durch welchen es das Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum 10 in
den Rücklaufkanal 8 hinein
beziehungsweise innerhalb von diesem und aus diesem in den Nebenraum 6 fördert.
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Gemäß der in
der 6 gezeigten Ausführung ist an der Stelle der
Zahnradpumpe der 5 eine Flügelzellenpumpe vorgesehen,
umfassend eine Vielzahl von Flügelelementen 17 als „Flügel" der Flügelzellenpumpe,
die im Pumpenrad 1 eingesetzt sind. Bei der gezeigten Ausführungsform
sind die Flügelelemente 17 in
radiale Richtung verschiebbar von außen in das Pumpenrad 1 eingesteckt,
so dass sie sich beim Umlaufen des Pumpenrads 1 radial nach
außen
bis gegen das Gehäuse 3 verschieben können und
eine Dichtstelle mit dem Gehäuse 3 ausbilden. Über dem
Umfang des Pumpenrads 1 ist wenigstens ein Flügelelement,
vorteilhaft jedoch eine Vielzahl von Flügelelementen 17, insbesondere gleichmäßig verteilt,
vorgesehen.
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In
der untersten Darstellung in der 6 sind anstelle
der scheibenförmigen
Flügelelemente 17 Rollen
von außen
im Pumpenrad 1 eingesetzt, welche entsprechend dem Flügelelement 17 eine
Abdichtung mit dem Gehäuse 3 ausbilden,
wenn das Pumpenrad 1 umläuft. In der gezeigten Ausführungsform
sind die Rollen jeweils paarweise eingesetzt, wobei sich nur eine
der beiden Rollen radial nach außen bewegt und innen am Gehäuse 3 abwälzt. In
der Regel wird über
dem Umfang des Pumpenrads 1, wie auch bei den Flügelelementen 17, eine
Vielzahl von solchen Rollen beziehungsweise Rollenpaaren vorgesehen,
um über
dem Umfang mehrere Dichtstellen auszubilden.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
anstelle der gezeigten Rollenpaare einzelne Rollen über dem
Umfang verteilt oder auch nur eine einzige Rolle vorzusehen.
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Bei
den gezeigten Rollenpaaren wälzt
eine der beiden Rollen nicht nur innen am Gehäuse 3, sondern auch
an der anderen Rolle ab, so dass eine Abstützung in Tangentialrichtung
der sich radial nach außen
verlagernden Rolle erreicht wird. Die andere Rolle des Rollenpaares
wird durch dieses Abwälzen radial
innen gehalten und tritt nicht in Kontakt mit dem Gehäuse 3.
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Gemäß der 7 ist
ein Schöpfrohr 14 im Rücklaufkanal 8 angeordnet,
das über
ein Planetengetriebe in einer Triebverbindung mit dem Pumpenrad 1 beziehungsweise
Turbinenrad 2 steht. Bei der gezeigten Ausführungsform
bildet das Schöpfrohr 14 beziehungsweise
ein an diesem angeschlossenes Bauteil das Hohlrad 18 des
Planetengetriebes aus. Der Planetenträger 19 wird durch
das Turbinenrad 2 beziehungsweise ein an dem Turbinenrad 2 angeschlossenes
Gehäuse 3 ausgebildet
und trägt
einen oder mehrere Planetenräder 20.
Das Sonnenrad 21 wird durch das Pumpenrad 1 beziehungsweise
eine auf dem Pumpenrad 1 vorgesehene Außenverzahnung gebildet.
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Somit
wird bei Schlupf zwischen dem Pumpenrad 1 und dem Turbinenrad 2 das
Schöpfrohr noch
langsamer als das Turbinenrad 2 und das Gehäuse 3 (die
Sekundärseite)
umlaufen und dadurch die Differenzdrehzahl zwischen dem Schöpfrohr 14 beziehungsweise
dessen Mündung
und dem Pumpenrad 1 entsprechend größer als die „normale" Differenzdrehzahl
zwischen Pumpenrad 1 und Turbinenrad 2, und bei
100% Schlupf läuft
das Schöpfrohr 14 beziehungsweise
dessen Mündung
entgegen der Drehrichtung des Pumpenrads 1 um, wodurch
mehr Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal 8 in
das Schöpfrohr 14 einströmt, im Vergleich
zu einer Ausführungsform,
bei welcher das Schöpfrohr
mit der Drehzahl des Pumpenrads oder des Turbinenrads umläuft.
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Gemäß der 8 läuft das
Schöpfrohr 14 mit
der Drehzahl des Turbinenrads 2 beziehungsweise des Gehäuses 3 um.
Um trotzdem eine vergrößerte Förderung
von Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal 8,
in welchem das Schöpfrohr 14 wiederum mündet, in
das Schöpfrohr 14 hinein
zu erreichen, ist eine Fördereinrichtung
im Bereich der Mündung
des Schöpfrohrs 14 vorgesehen,
welche Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal 8 in
die Mündung
des Schöpfrohrs 14 fördert. Vorliegend
umfasst die Fördereinrichtung
ein Schaufelrad 22 oder besteht aus diesem, welches bei
Schlupf zwischen dem Pumpenrad 1 und dem Turbinenrad 2 mit
höherer
Drehzahl als das Pumpenrad 1, insbesondere über derselben
Drehachse, umläuft
und somit die Differenzdrehzahl zwischen dem Schöpfrohr 14 beziehungsweise
dessen Mündung
und dem Gehäuse 3 entsprechend
erhöht, wobei
letzteres dem Arbeitsmedium im Rücklaufkanal 8 seine
Umfangsgeschwindigkeit aufprägt.
Durch das Schaufelrad 22 wird daher im Vergleich zu einer Ausführung ohne
Fördereinrichtung
der Eintrag von Arbeitsmedium in das Schöpfrohr 14 erhöht. Das Schaufelrad 22 wird
bei der gezeigten Ausführungsform
als Sonnenrad 21 eines Planetengetriebes angetrieben. Das
Pumpenrad 1 bildet den Planetenträger 19 aus, umfassend
ein oder mehrere Planetenräder 20.
Das Hohlrad 18 wird vom Turbinenrad 2 beziehungsweise
dem Gehäuse 3 gebildet.
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In
der 9 ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform mit einem Gleitelement 13 im
Rücklaufkanal 8 dargestellt,
das innen im Gehäuse 3 drehfest montiert
ist und außen über dem
Außenumfang
des Pumpenrads 1 entlanggleitet. Das Arbeitsmedium im Rücklaufkanal
strömt
durch den Dichtspalt beziehungsweise die Stelle mit dem engsten
Strömungsquerschnitt
zwischen dem Gleitelement 13 und dem Pumpenrad 1.
In Strömungsrichtung
gesehen strömt es
zunächst
durch einen vergleichsweise spitzeren Winkel (bezogen auf den gezeigten
Axialschnitt durch die hydrodynamische Kupplung) zwischen der radial
innenliegenden Oberfläche
des Gleitelementes 13 und der radial außenliegenden Oberfläche des Pumpenrads 1 bis
zu der Dichtstelle, durch diese hindurch und anschließend durch
einen vergleichsweise stumpferen Winkel zwischen der radial innenliegenden
Oberfläche
des Gleitelementes 13 und der radial außenliegenden Oberfläche des
Pumpenrads 1.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
verläuft
die äußere Oberfläche des
Pumpenrads 1 im Bereich des Gleitelementes 13 auf
einem konstanten Durchmesser, das heißt in dem Axialschnitt linear und
parallel zur Drehachse der hydrodynamischen Kupplung.
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Durch
die Wahl der verschiedenen Winkel auf der Anströmseite des Gleitelementes 13 und
der Abströmseite
des Gleitelementes 13 wird eine Förderung von Arbeitsmedium vom
spitzeren Winkel zum stumpferen Winkel erreicht.
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Um
diese Förderwirkung
zu unterstützen, kann
das Dichtelement 13 in Umfangsrichtung der hydrodynamischen
Kupplung mäanderförmig oder
sinusförmig
verlaufen, und/oder es können
drehrichtungsabhängige
Fördernuten
beziehungsweise eine Förderverrippung
in der Nähe
der „Abdichtung" zwischen dem Gleitelement 13 und
dem Pumpenrad 1 vorgesehen sein, beispielsweise in Form
einer spiralförmig
umlaufenden Nut außen
auf dem Pumpenrad 1 und/oder innen auf dem Gleitelement 13.
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Bei
den in den 5 bis 9 gezeigten Ausführungsformen
ist das Regelventil 7 als regelbares Wegeventil mit zwei
Stellungen und drei Anschlüssen
ausgeführt.
In einer ersten Stellung strömt Arbeitsmedium
aus dem Rücklaufkanal 8 und
dem Nebenraum 6 in das Regelventil 7 ein und von
dort gemeinsam aus dem Regelventil 7 aus und in den Arbeitsraum 10.
In einer zweiten Stellung strömt
Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal 8 in
den Nebenraum 6. Der Anschluss des als Wegeventil ausgebildeten
Regelventils 7 zum Arbeitsraum 10 ist versperrt.
Bei dieser Ausführungsform
ist es somit möglich,
dass der Nebenraum 6 einen einzigen Anschluss aufweist,
der sowohl zum Zuführen
von Arbeitsmedium in den Nebenraum 6 in einer ersten Stellung
des Regelventils 7 als auch zum Abführen von Arbeitsmedium aus
dem Nebenraum 6 und in den Arbeitsraum 10 bei
einer zweiten Stellung des Regelventils 7 dient.
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Selbstverständlich ist
es auch möglich,
das in den 5 bis 9 gezeigte
Ventil als nicht regelbares Wegeventil auszuführen, und den Füllungsgrad
des Arbeitsraumes 10 über
die Zeitdauer zu regeln, mit welcher das Ventil 7 in jeder
seiner beiden Stellungen – die
Stellung, innerhalb von welcher Arbeitsmedium aus dem Nebenraum
in den Arbeitsraum gefördert
wird, und die Stellung, in welcher Arbeitsmedium ausschließlich aus
dem Arbeitsraum in den Nebenraum gefördert wird – verbleibt. Die erfindungsgemäße Veränderung
des Strömungsquerschnittes
findet demnach zwischen einer ersten Stellung mit verschlossenem
Querschnitt und einer zweiten Stellung mit vollständig geöffnetem
Querschnitt und über
die Zeitdauer der jeweiligen Position statt.