JP2008526610A - 軸方向に変位可能な羽根ホィールを有するハイドロダイナミックターボ機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイドロダイナミックターボ機械、特に、作業媒体によって充填される作業室（３）を一緒に形成する、羽根のある一次ホィール（１）と羽根のある二次ホィール（２）を有するリターダに関する。２つのホィール（１、２）の少なくとも一方が、少なくともその羽根のある部分領域（１．１）において、他方に対して次のように、すなわち、他方のホィールに直接軸方向に対向する、第１の近い位置と、他方のホィールに対して第１の位置に比較して大きい軸方向の距離で配置される、第２の遠い位置との間で切り替え可能であるように、軸方向に変位可能である。本発明に基づくハイドロダイナミックターボ機械、特にリターダは、次の特徴を有している：変位可能なホィール（１）の軸方向前側に配置されている作業室（３）と、変位可能なホィール（１）の前記前側に軸方向に対置された後ろ側に配置された補償室（５）の間に、流れを案内する圧力補償接続（４）が設けられており；圧力補償接続が作業室および補償室内に次のように、変位可能なホィールが第１の位置にある場合に、前記圧力補償接続が変位可能なホィールによって少なくとも間接的に完全に、あるいは実質的に完全に遮断され、それに対して、変位可能なホィールが第２の遠い位置にある場合には、前記圧力補償接続が変位可能なホィールによって少なくとも間接的に解放されるように、開口して配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの羽根ホィール、すなわち一次ホィールと二次ホィールを有し、そのうちの少なくとも一方が他方に対して軸方向に変位可能である、ハイドロダイナミックターボ機械に関するものである。本発明は、特にリターダに関する。

２つの羽根ホィールの少なくとも一方が変位可能であることは、ハイドロダイナミックターボ機械のアイドリングにおける損失出力を減少させるために用いられる。ＤＥ１０２１９７５３Ａ１は、たとえば、リターダを記述しており、そのリターダにおいてロータがねじボルトによって中空軸上に軸承されており、かつブレーキ駆動から非ブレーキ駆動、すなわちアイドリングへ移行する場合に、ステータから離れるように移動される。再びブレーキ駆動へ移行するために、ロータが再びステータに近づくように移動されるので、ロータとステータとの間の作業室内に流れ循環を形成することができ、その流れ循環を用いてロータからトルクがステータへ伝達されるので、ロータが制動される。

アイドリングから作業駆動へ、すなわちリターダにおいては非ブレーキ駆動からブレーキ駆動へ、の移行は、容易に理解できるように、たとえば、制動のためにリターダが組み込まれている車両の運転者によってブレーキ指令が与えられた後に、できる限り迅速に行われなければならない。従って、２つの羽根ホィールをできる限り迅速に、両者が軸方向に直接対向し、それによって作業室内の２つの羽根ホィールの間に所望の作業媒体循環が形成されて、作業媒体によってトルク伝達が開始されるような構成にすることが、必要である。アイドリング駆動から作業駆動へ移行する場合の実際の速度ないし必要な時間長さに関しては、システム内の慣性に基づいて改良の余地がある。

本発明の課題は、アイドリングから作業駆動への移行が既知の仕様に比較してより迅速に行われる、軸方向に変位可能な羽根ホィールを有するハイドロダイナミックターボ機械、特にリターダを提供することあって、その場合に同時に、既知の機械の構造的変更を小さく抑え、かつ切り替えの際に付加的なエネルギ消費が必要とならないようにする。

本発明の課題は、請求項１の特徴を有するハイドロダイナミックターボ機械によって解決される。従属請求項が、本発明の好ましい、かつ特に効果的な形態を記述している。

本発明に基づくハイドロダイナミックターボ機械は、羽根のある一次ホィールと羽根のある二次ホィールとを有しており、それらが互いに作業媒体によって充填可能な作業室を形成する。その場合に２つのホィールの少なくとも一方が、他方に対して軸方向に摺動可能である。この軸方向の摺動可能性は、本発明の主旨において、軸方向に摺動可能なホィールの少なくとも羽根のある部分領域に関するので、第１の近い位置において、２つのホィールの両方の羽根のある部分領域が軸方向に直接対向する。その後、２つのホィールの一方、たとえば一次ホィールが回転駆動された場合に、２つの羽根のある部分領域によって形成される作業室内の作業媒体が、駆動されるホィールの羽根によって半径方向外側へ加速されて、対向するホィールの羽根のある部分領域内へ流入して、そこで半径方向内側へ減速されるので、作業室内に作業媒体の循環が形成される。

第２の遠い位置において、すなわち軸方向に変位可能な羽根ホィールの羽根のある部分領域が、他方のホィールの羽根のある部分領域に対して離された位置においては、２つの羽根のある領域間の距離に基づいて作業室内に流れ循環が形成され得ないので、羽根のある領域間でトルクが伝達されず、あるいは実質的にトルクが伝達されない。それによって、望ましくない、アイドリング駆動における損失が、ほぼ、あるいは完全に回避される。

２つのホィールの一方を近づくように移動させる、あるいは２つのホィールを相互に近づくように移動させるプロセスを促進するために、本発明に基づくターボ機械は、作業媒体と圧力補償室との間に流れを案内する圧力補償接続を有している。この流れを案内する圧力補償接続は、一方において、変位可能なホィールの軸方向前側に配置されている作業室内に開口し、他方においては、変位可能なホィールの前側と軸方向に対置された後ろ側に配置されている保証室内に開口している。従って変位可能なホィール、たとえば一次ホィールないしリターダのロータが、対向するホィール、たとえば二次ホィールないしリターダのステータへ向かって近づくように移動した場合に、その前に拡大されている作業室内にある媒体、たとえば空気が、近づくように移動する場合に小さくなる作業室から圧力補償接続を通して補償室内へ流入するので、近づくように移動する際に、ホィールの変位に拮抗作用する、克服すべき対圧は形成されない。

作業状態において、たとえばブレーキ駆動において、作業媒体が圧力補償接続を通して作業室から流出するのを防止するために、本発明によれば、圧力補償接続は作業室と補償室内に次のように、すなわち、変位可能なホィールが第１の近い位置にある場合に、その圧力補償接続が少なくとも間接的に変位可能なホィールによって完全に、あるいは実質的に完全に遮断されるように、開口して配置されている。ホィールが近づくように移動する場合の上述した流れ補償を可能にするために、本発明によれば、圧力補償接続は同時に、変位可能なホィールないしホィールの変位可能な部分領域が第２の遠い位置にある場合、あるいは一般に第１の近い位置の外部にある場合に、解放される。

圧力補償接続は、たとえば、変位可能なホィールないし変位可能なホィールの部分領域が上述した第１の近い位置を占めた場合に、変位可能なホィールまたは該当するホィールの変位可能な部分領域がハイドロダイナミックターボ機械の他の部分に当接することによって、遮断することができる。

特に、圧力補償接続は、１つまたは複数の軸穴の形式で変位可能なホィールおよび／または変位可能な部分領域を通して案内されている。その代わりに、あるいはそれに加えて、圧力補償接続を変位可能なホィールないし変位可能な部分領域の外周面に沿って形成することができる。

以下、図に図式的に示される２つの実施例を用いて、本発明を詳細に説明する。

図１には、一次ホィール１と二次ホィール２を有するリターダが見られる。一次ホィール１は、リターダのロータであって、二次ホィール２がステータである。２つのホィール１、２は、羽根のある部分領域を有しており、すなわちロータが部分領域１．１を有し、ステータが部分領域２．１を有する。

ステータ、すなわち二次ホィール２は、ハウジング７内の固定位置に支持される。ハウジング７は、ステータと共に一次ホィール１を包囲して内部空間を形成し、その内部空間が一次ホィール１の羽根のある領域１．１によって２つの互いに実質的に分離された空間、すなわち作業室３と補償室５に分割される。

一次ホィール１の、羽根１．４を支持する部分領域１．１は、双方向矢印１２によって示唆されるように、軸方向に変位可能である。この軸方向に変位可能であることは、一次ホィールの軸方向に固定の領域１．３上に変位可能な部分領域１．１が歯切りまたはねじ形状で軸承されることにより達成される。この軸承が、図１に参照数字９で示されている。もちろん、一次ホィールの軸方向に変位可能な部分領域１．１も、軸方向に固定の領域１．３も周方向に回転可能に配置されており、それによって一次ホィール１がその所望の機能を行使することができる。

図示の表示の代わりに、一次ホィール１全体を軸方向に摺動可能に配置することもできる。

一次ホィール１の軸方向に摺動可能な部分領域１．１内に、多数の軸穴６が形成されており、それが本発明に基づく圧力補償接続４を表す。

図１において、摺動可能な部分領域１．１の位置は、ハウジング７と二次ホィール２によって包囲される空間の内部で示されており、その位置において摺動可能な部分領域１．１は二次ホィール２の羽根を有する部分領域２．１に対して軸方向に離れて配置されている。従って、それぞれ一次ホィール１と二次ホィール２の両方の羽根のある領域１．１と２．１によって形成される空間は、その軸方向にはっきりとした間隙によって中断されており、一次ホィール１から二次ホィール２への出力伝達は行われない。この状態は、一次ホィール１が制動されることなしに回転するので、アイドリングと称される。一次ホィール１と二次ホィール２の間、ないしは一次ホィールと二次ホィールの羽根のある領域１．１と２．１によって、その間に位置する軸方向間隙と共に形成される、この状態においても作業室３と称される空間は、好ましくは完全に、あるいは予め定められた作業媒体の残留量まで空にされており、それに応じて空気で満たされている。

できるだけ迅速にブレーキ駆動へ切り替えるためには、一次ホィールの羽根のある領域１．１と二次ホィールの羽根のある領域２．１によってトーラス形状の作業室３が形成されるように、一次ホィール１の部分領域１．１が図２に示す位置へ迅速に切り替えられなければならない。作業室３が作業媒体で満たされ、その作業媒体が一次ホィール１内では羽根１．４によって半径方向外側へ加速され、二次ホィール２内では羽根２．４によって半径方向内側へ減速されるので、矢印１１に示すように、トルクを伝達する循環流が形成される。

一次ホィール１の部分領域１．１が二次ホィール２の羽根のある部分領域２．１へ向かって移動する間に、一次ホィール１の前側、すなわち一次ホィール１の羽根の底と二次ホィール２の羽根の底の間の空間内にある媒体が、矢印１０に示すように、軸穴６を通して補償室５内へ流出し、従って作業室３内に、部分領域１．１が近づくことを阻止する圧力は形成されない。図２に示す状態において、すなわち部分領域１．１が部分領域２．１に対してその第１の近い位置にある場合、すなわち一次ホィール１の羽根１．４と二次ホィール２の羽根２．４が軸方向に直接対向する位置において、初めて、軸方向に変位可能な部分領域１．１の、軸穴６が形成されている半径方向の部分が、軸方向に固定の部分領域１．３に当接することによって、圧力補償接続４が遮断される。そのために、図１と２において理解できるように、軸方向に変位可能な領域１．１を支持する領域において実質的に、あるいは完全に円筒状の外周面を有するように形成されている、軸方向に固定の部分領域１．３に、この軸方向に変位可能な部分領域に軸方向に隣接するように半径方向の突出部が形成されており、その突出部が、軸方向に変位可能な部分領域１．１がその第１の近い位置へ近づくように移動された場合に、軸方向に変位可能な部分領域１．１に形成された半径方向内側の切欠き１３内へ嵌入する。

固定の部分領域１．３の半径方向の突出部は、軸方向に固定の部分１．３の円筒状の領域と一体的に形成することができ、あるいはこの円筒状の部分上に取り付けることができる。特に、図１と２に示唆するように、半径方向の突出部は、円筒状の領域の段付きの周面領域内に取り付けられた、ディスクの形状で形成されている。半径方向の突出部は、特に、それが形成すべきシールのために好ましい材料から形成することができる。

図３と４には、リターダの第２の仕様が示されている。このリターダは、圧力補償接続４が軸方向に変位可能な部分領域１．１の半径方向外側の周面１．２に沿って形成されていることを別にして、図１と２に示されている仕様にほぼ相当する。そのためにハウジング７内周面に段が設けられているので、ハウジング７の内周面が二次ホィール２の半径方向外側から始まって一次ホィール１の方向へ段階状に拡幅している。従って、図３に示すように、部分領域１．１が二次ホィール２に対して遠くにある位置にある場合に、部分領域１．１の外周面とハウジング７の内周面との間に比較的大きい径方向間隙が形成され、それに対して図４に示すように、部分領域１．１が近傍の位置にある場合には、この環状間隙が著しく狭められる。

従って、部分領域１．１が二次ホィール２に対して近づくように移動し始めた場合に、作業室３内にある媒体が、圧力補償接続４を表す、まだ比較的大きい環状間隙を通って補償室５内へ流入するが、この流れは、図４に示すように、部分領域１．１がハウジング７の半径方向内側の、比較的小さい内周で形成された、軸領域内へ、すなわち二次ホィール２に対して近い位置へ、入り込んだ場合に、完全に、あるいはほぼ中断される。

図示の形態において、ハウジング７の内周面の段部の領域に、さらにシール部材８が挿入されており、そのシール部材は部分領域１．１の外周１．２に当接することにより、あるいは残りの環状間隙が著しく狭められることによって、圧力補償接続４を密閉する。もちろん、ハウジング７の内周面の領域に図示されている段部を省くこと、従ってハウジング７の内周面を円筒状に形成すること、および圧力補償接続４を所望に密閉し、ないしは狭めるために、１つまたは複数のシール部材のみを設けることも、可能である。図３ａには、可能なシール部材の配置のための他の実施例が示されている。上から下へ見て、第１の形態は、一次ホィールの外周面１．２上に相前後して配置された等しい長さの多数のシール尖端を有しており、その尖端がハウジング７の、この領域において円筒状に形成されている、内周面に作用する；第２の形態は、ハウジング７の内周面上に多数の等しい長さのシール尖端を有しており、それが軸方向に相前後して配置されており、かつ一次ホィール１の外周面１．２の円筒状の領域に作用する；第３の形態は、尖端−尖端−シールを有しており；第４の形態は、一次ホィール１の外周面１．２上、あるいはハウジング７の内周面上の尖端であって、それが対向する円筒状の表面に形成された溝内へ嵌入する。他のシール形態も考えられる。

図１および２に示す圧力補償接続と図３および４に示す圧力補償接続を、本発明の特に好ましい実施形態において同時に設けることもできる。

本発明に基づいて形成されたリターダの第１の実施形態を、第２の離れた位置にあるロータと共に示している。 図１に基づくリターダを、第１の近い位置にあるロータと共に示している。 本発明に基づいて形成されたリターダの第２の実施形態を、第２の離れた位置にあるロータと共に示している。 図３に基づくリターダを、第１の近い位置にあるロータと共に示している。

Claims (9)

1. １．１ 互いに、作業媒体で満たすことのできる作業室（３）を形成する、羽根のある一次ホィール（１）と羽根のある二次ホィール（２）を有し；
   １．２ ２つのホィール（１、２）の少なくとも一方が、少なくともその羽根のある部分領域（１．１）において、他方に対して次のように、すなわち他方のホィールと直接軸方向に対向する、第１の近い位置と、他方のホィールに対して前記第１の位置に比較して大きい軸方向の距離で配置される、第２の遠い位置との間で切り替え可能であるように、軸方向に変位可能である、
   ハイドロダイナミックターボ機械、特にリターダにおいて：
   １．３ 変位可能なホィール（１）の軸方向前側に配置された作業室（３）と、変位可能なホィール（１）の、前記前側に対して軸方向に対置された後ろ側に配置された補償室（５）との間に、流れを案内する圧力補償接続（４）が設けられており；
   １．４ 圧力補償接続（４）が作業室（３）および補償室（５）内に次のように、変位可能なホィール（１）が第１の位置にある場合に、前記圧力補償接続が変位可能なホィール（１）によって少なくとも間接的に完全に、あるいは実質的に完全に遮断され、それに対して、変位可能なホィール（１）が第２の遠い位置にある場合には、前記圧力補償接続が変位可能なホィール（１）によって少なくとも間接的に解放されるように、開口して配置されている、
   ことを特徴とするハイドロダイナミックターボ機械、特にリターダ。
2. 圧力補償接続（４）が、変位可能なホィール（１）またはホィール（１）の変位可能な部分領域（１．１）がハイドロダイナミックターボ機械の他の部分に当接することによって、遮断されることを特徴とする請求項１に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
3. 圧力補償接続（４）が、１つまたは複数の軸穴（６）の形式で変位可能なホィール（１）または変位可能な部分領域（１．１）を通って案内されていることを特徴とする請求項２に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
4. 圧力補償接続（４）が、変位可能なホィール（１）または変位可能な部分領域（１．１）の外周面（１．２）に沿って形成されていることを特徴とする請求項２に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
5. ハイドロダイナミックターボ機械が、変位可能なホィール（１）を周方向に包囲するハウジング（７）を有しており、かつ変位可能なホィール（１）または変位可能な部分領域（１．１）がその第１の近い位置において、ハウジング（７）またはハウジング（７）に接続されているシール部材（８）に当接し、あるいはハウジング（７）またはシール部材（８）と共に圧力補償接続（４）の流れ断面を、第２の遠い位置に比較して狭めることを特徴とする請求項４に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
6. 変位可能なホィール（１）が、軸方向に固定の部分領域（１．３）と軸方向に変位可能な部分領域（１．１）を有しており、かつ１つまたは複数の軸穴（６）が、２つの部分領域（１．１、１．３）が互いに当接することによって閉鎖されることを特徴とする請求項３に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
7. １つまたは複数の軸穴（６）が、軸方向に変位可能な部分領域（１．１）内に配置されていることを特徴とする請求項６に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
8. ハイドロダイナミックターボ機械が、ロータとステータとを有するリターダであることを特徴とする請求項７に記載のハイドロダイナミックターボ機械。
9. ロータが、ステータに対して軸方向に変位可能であることを特徴とする請求項８に記載のハイドロダイナミックターボ機械。

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