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CN101903675B - 液力机械,特别是液力减速器 - Google Patents

液力机械,特别是液力减速器 Download PDF

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CN101903675B CN200880120998.1A CN200880120998A CN101903675B CN 101903675 B CN101903675 B CN 101903675B CN 200880120998 A CN200880120998 A CN 200880120998A CN 101903675 B CN101903675 B CN 101903675B
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Abstract

本发明涉及一种液力机械，特别是一种液力减速器，具有：配有叶片的、可通过液力机械的旋转轴线(10)旋转的初级叶轮(20)；和配有叶片的、固定的或可通过液力机械的旋转轴线旋转的次级叶轮，其中初级叶轮和次级叶轮共同形成圆环面状的、填充有或可填充有工作介质(30)的工作腔(21)，并且初级叶轮具有用于工作介质的至少一个入口通道(22)。入口通道在初级叶轮的叶片的圆环面壁(23)之内和/或在初级叶轮的叶片(24)之内延伸，并且在工作腔中的圆环面壁的区域中的一个位置上通入在初级叶轮(20)的叶片(24)的外半径(RA-24)与内半径(RI-24)之间的中心的或者该中心的径向外侧的区域中。

Description

液力机械,特别是液力减速器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的液力机械，特别是一种液力减速器。然而本发明也可应用在液力离合器中。 
背景技术
液力减速器和液力离合器的这样地由液力变矩器加以区分，即期仅仅具有两个叶轮，这些叶轮彼此之间形成圆环面状的工作腔。在液力离合器中，当两个叶轮在同一个旋转方向上旋转时，在液力减速器中与泵轮相对设置的叶轮是固定的，或者在所谓的对转减速器中相反于泵轮旋转。此外在液力离合器中，所谓的涡轮以小于泵轮转速的转速运动，这是因为，为了实现从泵轮到涡轮上的转矩传递而需要在两个叶轮之间的转差。 
所述类型的液力机械在多个实施方式中被加以改进。其首先仅仅利用工作介质油来运行，而在更早时也提出了利用水作为工作介质的液力减速器，其例如直接布置在车辆冷却回路中。所选择的工作介质对液力机械的功率产生影响，或者对从泵轮传递到涡轮上的转矩以及对通过流体的摩擦产生的温度产生影响。为了能够在减速器中提供特别高的制动效果，传递的功率或者传递的力矩应该尽可能大，这以大的功率因数λ来表示。功率因数λ对于液力机械领域的技术人员来说是已知的，并且例如在Dubbel机械工程手册中所说明的。 
为了提高液力机械的功率因数，已经在未公开的专利申请DE102007060764.6中提出了，在泵轮中形成在径向方向上延伸的入口通道，该入口通道垂直于液力机械的旋转轴线或与之成角度地延伸。然而从圆环面壁向外进行填充迄今为止都不能在没有外部压力的情况下应用，这是因为特别在倾斜地配有叶片的回路中和在大的转差中，圆环面壁上的背压达到最大。工作介质的子午速度是圆周速度的许多倍，并且由子午流体的离心加速度造成的旋转压力相对较大。 
因此倾斜地配有叶片的液力回路的填充迄今为止仅以两种方式实现。如果提供了高输入压力，则填充通过泵与涡轮之间的内部的或外部的缝隙来实现。在另外的情况下，这通过封闭的通道实现，该通道一直延伸到圆环面中心。在此，必定成本过高地产生了高输入压力，并且圆环面中心的通道耗费资金和功率因数λ。 
在权利要求1的前序部分概括了在文献FR 71468E中公开的特征。对于另外公开的现有技术参看GB 728553A和GB 736127A。 
发明内容
本发明的目的在于，提出一种液力机械和特别是一种液力减速器，在该液力机械中或在该液力减速器中，从被驱动的初级叶轮到相对设置的次级叶轮上的功率传递或力矩传递以简单、高效和价廉的方式和方法得以改进。 
该目的通过一种具有根据权利要求1所述特征的液力机械实现。从属权利要求描述了本发明的特别有利的和适宜的设计方案。 本发明由这样的认识出发，即特别是在倾斜地配有叶片的液力机械中，经过圆环面壁离开的旋转压力大小并不均匀。在这样一种倾斜地配有叶片的液力机械中，如其涉及到根据本发明的一个实施方式那样，初级叶轮和/或次级叶轮的叶片在成角度的平面中延伸，也就是说不垂直于通过初级叶轮与次级叶轮之间的分隔缝隙形成的平面。这种倾斜地配有叶片的液力机械对于技术人员来说是已知的，并且在下面还要参照图2加以描述。 
基于倾斜的叶片组和由此导致的子午流体的倾斜位置，圆环面壁在叶片的未加载的一侧径向地进一步位于内侧，并且因此获得更小的旋转压力。等压线以垂直于叶片表面的趋势延伸。另一方面，流体在转子中从初级叶轮中看去被径向地向外引导，并且因此必定在圆周转动方向(涡旋)上使流体增加。然而根据自由流体的规律，当径向地“向外流动”时可能使得流体在圆周转动方向上减少。该效应提高了在“推动的叶片”的侧面上的压力，并且等压线不再垂直于叶片表面延伸，而是还继续倾斜于圆环面壁。 
这在根据本发明的液力机械的转子中有利地得以应用，即至少一个入口通道这样地导向，即该通道在压力特别小的区域中打开，该区域直接位于工作腔中的叶片的后方(在初级叶轮的旋转方向上，在叶片的背离旋转方向的侧面上)，和/或相关于液力机械的径向方向在一个半径通入圆环面壁的一个区域中，该半径位于在初级叶轮的叶片的外半径与内半径之间的中心的区域中或者位于中心径向地以外。在圆环面壁的区域中，当通入叶片的外半径与内半径之间的中心的区域中时，在此表明，在轴向方向上该液力机械在初级叶轮与次级叶轮之间的分隔缝隙的外部、特别是在叶片的轴向端部上的叶轮根部的区域中，该轴向端部背离叶片的自由端部。当通入外半径的区域中或在叶片的外半径上时，通入口相反地大约或精确地位于分隔缝隙中。 
由此可以在没有外部压力的情况下实现填充大流量的工作介质。 
从这样的认识出发，使得由子午流体的离心加速度造成的旋转压力通过工作介质的转向在圆环面壁的半径上产生，圆环面中的相 对小压力的区域在此也可以通过圆环面和/或叶片组适宜的设计而产生。因此，圆环面中的相对小压力的区域可以由此产生，即各自的叶片和/或初级叶轮的圆环面壁在入口通道的通入口的区域中很大程度上设计成无半径或半径很小；在该区域中形成基本上无障碍的、直线延伸的流体。由此该偏转借助于直线的路段来中断，通过该直线的路段最佳地形成了经过的子午流体的所谓文丘里管效应。直线的路段可以通过如下途径延长，即更窄地选择另外位置上的半径。 
在此，在分别两个叶片之间形成的叶片腔可以视为自身闭合的流体通道。但这表明，其流体横截面的相对的加宽产生相对负压的区域。这优选地由此实现，即叶片和/或初级叶轮的圆环面壁这样地构造和/或指向，即至少一个由相对设置的叶片和位于其中的圆环面壁所形成的叶片腔具有一个流体横截面，该流体横截面相对于相邻的叶片腔的流体横截面更窄或更宽。这种设计根据本发明对叶片通道中的进而对圆环面壁腔中的工作介质的流入起促进作用。这原则上可以在每种叶片腔中实现。 
流体横截面的(相对的)扩大也可以可替换地或附加地由此实现，即在旋转轴线的观察方向上，叶片的前棱边这样地指向，即其设想的延长部切向地抵靠在围绕旋转轴线的第一圆上，并且相邻的叶片的前棱边这样地指向，即其设想的延长部切向地抵靠在围绕旋转轴线的第二圆上，并且通过这两个延长部的相交或不相交，在与圆的接触点前方形成了一个流体横截面，其与可能在分别经过旋转轴线延伸的延长部中产生的一个流体横截面相比更窄或更宽。由此，例如每两个叶片的对中方向都是不同的，也就是说每个偶数的叶片的对中心角度与每个奇数的叶片不同。因此每两个或每x个叶片腔在工作介质的流动方向上经历了V-形的相对的加宽或加强，而另外的叶片腔在流动方向上经历了相对变窄。 
越过叶片腔的流体横截面特别强烈的变化由此实现，即第二圆的直径等于或大于第一圆的直径。指向第二圆的叶片在此使相应的流体横截面以这样的比例变窄，其中第二圆大于第一圆。 
如果在周向方向上彼此跟随的叶片腔交替地具有窄的和宽的流体横截面，那么可以抑制转子的振荡激励，并且进而对其声学方面的性能加以改进。此外避免了转子的特性曲线跳跃。这特别也适合于以螺栓拧紧的型材。这样一种以螺栓拧紧的型材是一种可以用浇铸方法、特别是压铸方法制成的型材，其中叶片在不损坏铸型的情况下可以旋转脱模。 
抽吸效应和与之相联系的液力机械的功率提高在以下情况下达到最大，即用于工作介质的至少一个入口通道引导在具有宽流体横截面的各自的叶片腔中。也可能的是，入口通道在一个位置上通到工作腔中，在该位置上，通过在初级叶轮的旋转方向上相对设置的叶片和位于其中的圆环面壁所形成的叶片腔具有一个流体横截面，该流体横截面相对于相邻的、特别是不具有流体通道的通入口的叶片腔的流体横截面来说相对更大程度地加宽。这种相对更大程度地加宽可以局部地被限制或在初级叶轮的整个叶片腔上延续。如果利用入口通道供给所有相对加宽的叶片通道，那么就确保了全面地供给工作介质。 
功率还可以由此提高，即初级叶轮具有背侧的叶片组，该叶片组这样构造和/或指向，即当初级叶轮旋转时，位于其周边的工作介质转入运动状态，并且被输送给至少一个入口通道。这符合于工作介质的压力加载的供给，但该供给不需要附加的泵。 
当至少一个入口通道与旋转轴线成角度地指向，并且特别在其工作介质导向的方面在径向方向上从内向外延伸时，有可能进一步提高功率。通过作用在工作介质上的离心力，其向工作腔中的供给 得以改进。同时，这样布置的通道可以更好地制成，这是因为转子的加工可以倾斜地在内部实现。出于稳定性方面的原因优选的是，至少一个入口通道在叶片的根部中延伸。该根部通常具有足够的强度，以便在不对转子的坚固性造成损失的情况下容纳该通道。此外，通过将通道安装在边界影响作用。根部也可能称为叶根。 
附图说明
下面根据实施例参照附图详细说明本发明。相同或功能相同的部件以相同的参考标号示出。图中示出： 
图1在截面图中沿着旋转轴线示出根据本发明的液力机械的一部分，该液力机械具有布置在其中的初级叶轮； 
图2在截面图中垂直于在其中延伸的叶片示出根据图1的初级叶轮的一部分； 
图3示出在叶片腔的压力小的区域中的根据图2的截面图A-A中的入口通道的通入口； 
图4示出根据图1的初级叶轮中的旋转的叶片的各自的指向； 
图5示出根据图1的初级叶轮中的旋转的叶片的可替换的指向。 
具体实施方式
图1在截面图中沿着旋转轴线10示出根据本发明的液力机械的一部分，该液力机械具有布置在其中的初级叶轮20。初级叶轮20在此安置在机械的壳体11中，该壳体相对于初级叶轮20的外侧设有缝隙密封件12。在旋转轴线10与壳体11之间还安装有轴向密 封件13。工作介质30经过供给线14注入这样形成的腔中(在箭头方向上)，一旦该腔旋转时，工作介质在机械的圆环面形状的工作腔21中经过输入通道22被吸入初级叶轮20的圆环面壁23中。输入通道22径向从内向外地安装在圆环面壁23中，从而以离心方式支持了工作介质30的输送。输入通道22大约通入在初级叶轮20的外直径RA-24(半径外部)与内半径RI-24(半径内部)之间的一半高度上，并且在初级叶轮20的运动方向上位于布置在其中的叶片24的后方。在该区域中，当初级叶轮旋转时起控制作用的是相对的负压，从而不需要工作介质30的压力加载的输送。输入通道22的通入口25还布置在叶片腔26中的无半径的、直线的路段中，从而在那里充分利用流过的流体的文丘里管效应。为了比较根据本发明的轮廓导向，以虚线示出常规的圆环面轮廓，其不具有这样的无半径的路段。两个根据本发明的措施，即，将输入通道22引导入压力尽可能小的区域中，以及圆环面壁23和/或叶片24，24′可以共同地如这里所示地，或者也可以可替换地彼此插入，从而通过更好的填充获得机械的功率提高。 
在根据图1的根据本发明的机械的实施方式中，初级叶轮20的背侧的叶片组28支持了工作介质30的输送。这样地设计和安装这种叶片组28，即当初级叶轮20旋转时，工作介质30被输送给输入通道22。这样一种叶片组可以(但不是必须地)设计为用于确保输送足够的工作介质。 
图2在截面图中垂直于在其中延伸的叶片24，24′示出了根据图1的初级叶轮20的一部分。由该图示可看到，用于工作介质30的入口通道22在叶片24，24′的根部29，29’中导向。通过通道22的这种导向保持了初级叶轮20的稳定性，这是在叶片24，24′和圆环面壁23之间存在足够的材料将其容纳。初级叶轮20的运动方向通过箭头示出。已经位于作为工作腔的一部分的叶片腔26或26’中 的工作介质沿着初级叶轮20的圆环面壁23，在所示出的图示中，从绘图平面中流出。各自的叶片腔26，26′的圆环面中的压力小的区域位于每个叶片24，24′的表面的区域中，该区域背离运动方向。 
如所看到地，在图2中示出的初级叶轮是指一种倾斜地配有叶片的叶轮，这是因为叶片24，24′并不垂直地，而是倾斜地处于叶轮根部或圆环面壁23上。 
图3示出在叶片腔26压力小的区域中、根据图2的截面图A-A中入口通道22的通入口25。出于容易制造的原因，输入通道22在此设计为叶片24中的孔径。当然也可以考虑以浇铸方法制成通道22，但是其明显更加昂贵。通过流经通入口25上长的直线路段的工作介质(在箭头方向上)的文丘里管效应，吸力被施加到工作介质30上，该吸力将工作介质输入环形腔26中。 
图4示出例如这种如图1所示的、在初级叶轮20中环绕的叶片24，24′的各自的指向。叶片24，24′的各自的前棱边的设想的延长部V-27，V-27′在此切向地抵靠在围绕机械的旋转轴线10的各自小的和大的圆K-1，K-2上，从而其在接触点前方与各自的圆相交。这在相对设置的叶片对24，24′之间这样实现，即形成连续的叶片腔26，26′，其具有交替的更窄或更宽的流体横截面。在另外的叶片腔26’中，当初级叶轮20旋转时起控制作用的是与更窄的叶片腔26中相比相对较低的压力，从而前者可以设计具有相应的入口通道22。 
图5示出根据图1的初级叶轮20中环绕的叶片24，24′各自可替换的指向。在此，围绕旋转轴线10的圆K-1，K-2选择得相同大小，由此可以实现叶片24，24′的特别简单的结构性的指向。相邻的叶片24，24′的前棱边27，27′的延长部V-27，V-27′切向地抵靠在圆K-1，K-2的各自的侧面上，其中它们在其各自的接触点前方 与圆相交。位于其之间的叶片腔26因此获得了更窄的流体横截面，而后面的叶片腔26′具有更宽的横截面。后面的叶片腔又被一个更窄的横截面跟随，等等。在叶片24，24′的这个可替换的指向上也可以为更窄的、和进而是压力更小的叶片腔26′提供有相应的入口通道22，从而无需附加的压力加载而确保了工作介质30的输送。腔26，26′的宽窄交替的边框同时起抑制振动的作用，并且进而降低了噪声。同时避免了转子的特性曲线跳跃，即使是在以螺栓拧紧的型材中也是这样。 
至少一个出口通道可以有利地通入相对高压力的区域中，工作介质经过该出口通道从液力机械里流出。这例如可以在相对更窄的叶片腔26中，和/或相对于运动方向在液力机械的初级叶轮或次级叶轮中的叶片各自的前端上。     参考标号 
K-1，K-2围绕旋转轴线10的圆 
RI-24叶片24的内半径 
RA-24叶片24的外半径 
V-27，V-27′前棱边27，27′的延长部 
10液力机械的旋转轴线 
11机械的壳体 
12缝隙密封件 
13轴向密封件 
14用于工作介质的供给线 
20机械的初级叶轮 
21机械的圆环面形的工作腔 
22用于工作介质30的入口通道 
23初级叶轮20的圆环面壁 
24，24′初级叶轮20的叶片 
25工作腔21中的输入通道22的通入口 
26叶片腔 
27，27′叶片24，24′的前棱边 
28背侧的叶片组 
29，29′叶片24，24′的根部 

Claims (22)

1.一种液力机械，具有：配有叶片的、可通过所述液力机械的旋转轴线(10)旋转的初级叶轮(20)；和配有叶片的、固定的或可通过所述液力机械的所述旋转轴线(10)旋转的次级叶轮，其中所述初级叶轮(20)和所述次级叶轮共同形成圆环面状的、填充有或可填充有工作介质(30)的工作腔(21)，其中所述初级叶轮(20)具有用于所述工作介质(30)的至少一个入口通道(22，22′)，其中所述入口通道(22，22′)在所述初级叶轮(20)的圆环面壁(23)之内和/或在所述初级叶轮(20)的叶片(24，24′)之内延伸，并且在所述工作腔(21)中的所述圆环面壁(23)的区域中的一个位置上通入在所述初级叶轮(20)的所述叶片(24，24′)的外半径(RA-24)与内半径(RI-24)之间的中心的或者所述中心的径向外侧的区域中，并且各自的叶片(24；24′)和/或所述初级叶轮(20)的所述圆环面壁(23)这样构造和/或指向，即至少一个由相对设置的叶片(24；24′)和位于所述相对的叶片之间的所述圆环面壁(23)所形成的叶片腔(26)具有一个流体横截面，所述流体横截面相对于相邻的叶片腔(26′)的流体横截面更窄或更宽，其特征在于，用于所述工作腔(30)的所述至少一个入口通道(22；22′)引导到具有宽的流体横截面的各自的叶片腔(26，26′)中。
2.根据权利要求1所述的液力机械，其特征在于，所述液力机械是液力减速器。
3.根据权利要求1所述的液力机械，其特征在于，所述入口通道(22，22′)通入所述圆环面壁(30)中的背离所述初级叶轮(20)的旋转方向的表面的区域中，或者在所述初级叶轮(20)的所述叶片(24，24′)背离所述初级叶轮(20)旋转方向的表面处通入到所述工作腔(21)中。
4.根据权利要求1所述的液力机械，其中所述初级叶轮(20)的各自的所述叶片(24，24′)和/或所述初级叶轮(20)的所述圆环面壁(23)在入口通道(22，22′)的通入口(25)的区域中设计成无半径，或者在所述区域中形成基本上无阻碍的、直线延伸的流体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其特征在于，在所述旋转轴线(10)的观察方向上，叶片(24)的前棱边(27)这样地指向，即所述前棱边的设想的延长部(V-27)切向地抵靠在围绕所述旋转轴线(10)的第一圆(K-1)上，并且相邻的叶片(24′)的前棱边这样地指向，即所述前棱边的设想的延长部(V-27′)切向地抵靠在围绕所述旋转轴线(10)的第二圆(K-2)上，并且通过所述两个延长部(V-27，V-27′)的相交或不相交，在与所述圆(K-1，K-2)的接触点前方形成了一个流体横截面，所述流体横截面与能在分别经过所述旋转轴线(10)延伸的延长部中产生的流体横截面相比更窄或更宽。
6.根据权利要求5所述的液力机械，其特征在于，所述第二圆(K-2)的直径等于所述第一圆(K-1)的直径，并且所述两个延长部(V-27，V-27′)在与所述圆(K-1，K-2)的接触点前方相交。
7.根据权利要求5所述的液力机械，其特征在于，所述第二圆(K-2)的直径大于所述第一圆(K-1)的直径。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其特征在于，在周向方向上彼此跟随的所述叶片腔(26，26′)交替地具有窄的和宽的流体横截面。
9.根据权利要求5所述的液力机械，其特征在于，在周向方向上彼此跟随的所述叶片腔(26，26′)交替地具有窄的和宽的流体横截面。
10.根据权利要求6所述的液力机械，其特征在于，在周向方向上彼此跟随的所述叶片腔(26，26′)交替地具有窄的和宽的流体横截面。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其中所述初级叶轮(20)具有背侧的叶片组(28)，所述叶片组这样地构造和/或指向，即当所述初级叶轮(20)旋转时，位于所述初级叶轮周边的工作介质(30)转入运动状态，并且被输送给所述至少一个入口通道(22，22′)。
12.根据权利要求9所述的液力机械，其中所述初级叶轮(20)具有背侧的叶片组(28)，所述叶片组这样地构造和/或指向，即当所述初级叶轮(20)旋转时，位于所述初级叶轮周边的工作介质(30)转入运动状态，并且被输送给所述至少一个入口通道(22，22′)。
13.根据权利要求10所述的液力机械，其中所述初级叶轮(20)具有背侧的叶片组(28)，所述叶片组这样地构造和/或指向，即当所述初级叶轮(20)旋转时，位于所述初级叶轮周边的工作介质(30)转入运动状态，并且被输送给所述至少一个入口通道(22，22′)。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)定向为与所述旋转轴线(10)成角度地，并且在其工作介质导向的方面，所述入口通道在径向方向上从内向外延伸。
15.根据权利要求12所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)定向为与所述旋转轴线(10)成角度地，并且在其工作介质导向的方面，所述入口通道在径向方向上从内向外延伸。
16.根据权利要求13所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)定向为与所述旋转轴线(10)成角度地，并且在其工作介质导向的方面，所述入口通道在径向方向上从内向外延伸。
17.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)在所述叶片(24，24′)的根部(29)中延伸。
18.根据权利要求15所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)在所述叶片(24，24′)的根部(29)中延伸。
19.根据权利要求16所述的液力机械，其中所述至少一个入口通道(22，22′)在所述叶片(24，24′)的根部(29)中延伸。
20.根据权利要求1至4中任一项所述的液力机械，其特征在于，所述入口通道(22，22′)在一个位置上通入到所述工作腔(21)中，在所述位置上，通过在所述初级叶轮(20)的旋转方向上相对设置的所述叶片(24，24′)和位于其中的所述圆环面壁(23)所形成的所述叶片腔(26)具有一个流体横截面，所述流体横截面相对于相邻的、不具有流体通道的通入口的叶片腔(26′)的所述流体横截面来说相对更大程度地加宽。
21.根据权利要求18所述的液力机械，其特征在于，所述入口通道(22，22′)在一个位置上通入到所述工作腔(21)中，在所述位置上，通过在所述初级叶轮(20)的旋转方向上相对设置的所述叶片(24，24′)和位于其中的所述圆环面壁(23)所形成的所述叶片腔(26)具有一个流体横截面，所述流体横截面相对于相邻的、不具有流体通道的通入口的叶片腔(26′)的所述流体横截面来说相对更大程度地加宽。
22.根据权利要求19所述的液力机械，其特征在于，所述入口通道(22，22′)在一个位置上通入到所述工作腔(21)中，在所述位置上，通过在所述初级叶轮(20)的旋转方向上相对设置的所述叶片(24，24′)和位于其中的所述圆环面壁(23)所形成的所述叶片腔(26)具有一个流体横截面，所述流体横截面相对于相邻的、不具有流体通道的通入口的叶片腔(26′)的所述流体横截面来说相对更大程度地加宽。
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