液力耦合器.pdf

本发明涉及一种具有恒定或可变的工作介质填充度的液力耦合器，其具有包括泵叶轮叶片的泵叶轮；具有包括涡轮叶片的涡轮；泵叶轮和涡轮共同构成圆环面状的工作腔，工作腔可以填充工作介质用来传递转矩；具有存储腔，用于容纳来自工作腔的工作介质，其中存储腔与工作腔以引导工作介质的方式连接；工作介质可以从存储腔引导到工作腔中以用于增大可传递的转矩，并且可以从工作腔引导到存储腔中以用于减小可传递的转矩。液力耦合器的特征在于，工作腔的容积与液力耦合器的安装容积之比大于0.26，其中液力耦合器的安装容积通过具有恒定直径的缸体容积限定，缸体容积的外径相当于液力耦合器的最大外径，而且其轴向长度相当于液力耦合器的最大轴向延伸长度。

1.  一种具有恒定或可变的工作介质填充度的液力耦合器：

1.  1具有泵叶轮(1)，包括泵叶轮叶片(1.3)；和

1.  2具有涡轮(2)，包括涡轮叶片(2.1)；

1.  3所述泵叶轮(1)和所述涡轮(2)共同构成圆环面状的工作腔(3)，所述工作腔可以填充所述工作介质，用于传递转矩；

1.  4具有存储腔(4)，用于容纳来自所述工作腔(3)的工作介质，其中所述存储腔(4)与所述工作腔(3)以引导工作介质的方式连接；

1.  5所述工作介质可以从所述存储腔(4)引导到所述工作腔(3)中以用于增大可传递的转矩，并且可以从所述工作腔(3)引导到所述存储腔(4)中以用于减小可传递的转矩；
其特征在于，

1.  6所述工作腔(3)的容积与所述液力耦合器的安装容积之比大于0.26，其中所述液力耦合器的安装容积通过具有恒定直径的缸体容积来限定，所述缸体容积的外径相当于所述液力耦合器的最大外径(DA)，而且所述缸体容积的轴向长度相当于所述液力耦合器的最大轴向延伸长度(Sax)。

2.  根据权利要求1所述的液力耦合器，其特征在于，所述存储腔(4)的容积与所述工作腔(3)的容积之比大于0.185。

3.  根据权利要求1或2中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述泵叶轮叶片(1.3)和所述涡轮叶片(2.1)的型面轮廓直径(DP)与所述耦合器的最大外径(DA)之比大于或等于0.89。

4.  根据权利要求1至3中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述泵叶轮叶片(1.3)和所述涡轮叶片(2.1)的型面轮廓内径(DI)与所述型面轮廓直径(DP)之比小于0.5，尤其小于或等于0.485。

5.  根据权利要求1至4中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述泵叶轮叶片(1.3)和所述涡轮叶片(2.1)的型面轮廓深度(T)与所述型面轮廓直径(DP)之比大于0.16，尤其大于或等于0.165。

6.  根据权利要求1至5中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述泵叶轮(1)和所述涡轮(2)具有不同的叶片数，尤其是所述泵叶轮(1)的叶片多于所述涡轮(2)的叶片。

7.  根据权利要求1至6中任一项所述的液力耦合器，其特征在于以下特征：

7.  1所述泵叶轮(1)轴向连接至壳罩(1.2)，尤其是与所述壳罩用螺栓固定连接；

7.  2所述泵叶轮(1)和所述壳罩(1.2)相对地彼此连接，使得形成空腔，在所述空腔中容纳所述涡轮(2)；

7.  3所述涡轮(2)抗扭地布置在耦合器从动盘毂(5)上，所述耦合器从动盘毂径向内部地在轴向方向上延伸通过所述泵叶轮(1.1)和所述壳罩(1.2)；

7.  4所述泵叶轮(1)借助于径向轴承(6)支撑在所述耦合器从动盘毂上，而所述壳罩(1.2)借助于径向推力轴承(7)支撑在从动轴(5)上。

8.  根据权利要求7所述的液力耦合器，其特征在于，所述泵叶轮(1)和/或所述壳罩(1.2)在所述泵叶轮的/所述壳罩的外表面上设有加大表面的肋条用于改善散热。

9.  根据权利要求1至8中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述耦合器从动盘毂(5)可以容纳一个轴，所述轴的直径是所述型面轮廓直径(DP)的0.21倍。

10.  根据权利要求1至9中任一项所述的液力耦合器，其特征在于，所述耦合器从动盘毂(5)与所述轴借助于滑键连接而抗扭地连接。

液力耦合器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的具有恒定或可变的填充度的液力耦合器。
背景技术
技术人员对具有恒定填充度的液力耦合器和可填充以及可清空的耦合器加以区分。在最后所述的耦合器中，根据所希望的填充状态使工作介质从外循环输入耦合器的工作腔或从中排出，而在第一种所述的耦合器中，工作介质总是留在耦合器之内。这引起两方面的结构上的问题：首先必须在耦合器之内设有存储腔，该存储腔容纳了工作介质，该工作介质基于所希望的工作状态不应该滞留在工作腔中。此外，通过流体摩擦而加热的工作介质不能在外部的换热器中进行冷却，正如该换热器通常布置在可填充以及可清空的耦合器的外部的工作介质循环回路中那样。所述的存储腔需要在耦合器之内的结构空间，并且需要采取措施，以便将热量从耦合器的内部排出。
对于具有恒定填充度的液力耦合器在其功率方面提出了更高的要求。这就是说，利用这种液力耦合器应该无磨损地从传动机向作功机械传递尽可能大的传动功率。同时地在许多使用领域里，用于液力耦合器的结构空间是有限的。传统的耦合器还不能足以满足这些要求。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种具有恒定或可变的填充度的液力耦合器，其相比于已知的耦合器在并没有加大结构体积的情况下可以传递更大的传动功率。
该目的通过一种具有根据权利要求1所述的特征的液力耦合器来实现。从属权利要求特别说明了本发明的有利的改进方案。
根据本发明的液力耦合器具有圆环面状的工作腔，该工作腔由泵叶轮和涡轮构成，泵叶轮和涡轮彼此相对地设置。在耦合器之内设有存储腔，该存储腔与工作腔以引导的方式连接，因此工作介质可以从存储腔引导到工作腔中，或者从工作腔引导到存储腔中。
液力耦合器具有安装容积，该安装容积通过其空间伸展尺寸来确定。根据本发明的安装容积在此通过具有恒定外径的缸体容积来限定，其中缸体容积的外径相当于液力耦合器的最大外径DA，而缸体容积的轴向长度等于液力耦合器的最大轴向延伸长度Sax。根据本发明，液力耦合器的工作腔容积与安装容积之比至少为0.26。液力耦合器的工作腔容积与耦合器的安装容积之比尤其大于0.26并且例如在从0.26至0.5的范围中，尤其是在从0.26至0.40或0.30的范围中。
如果液力耦合器的存储腔容积与工作腔容积之比至少等于0.185，尤其是大于0.185，那就是特别有利的。该比值可以有利地处于从0.185至2.5之间，特别有利地处于从0.185至0.190之间。
为了实现这种与传统的耦合器相比，相对于液力耦合器的整个体积来说明显更大的工作腔容积，特别有利的是使型面轮廓直径与耦合器的外径的比值大于或等于0.89。
技术人员将型面轮廓直径DP理解为叶片型面轮廓的外径，其中通常该直径在泵叶轮和涡轮中是相同的。
型面轮廓直径与外径的一种这样的比值例如可以由此实现，即液力耦合器的外径为556mm，而型面轮廓直径为500mm。
根据本发明，存储腔在此被理解为在液力耦合器之内的空间，其容纳了在液力耦合器之内的那些并不处于工作腔中的工作介质。工作腔在此精确地通过这种容积来限定，即该容积由在圆周方向上看的在泵叶轮和涡轮的各个叶片之间的空间一起所构成，补充了在轴向方向上看的在泵叶轮和涡轮的叶片之间的环形容积。存储腔因此没有叶片，并可以在液力耦合器之内完全或部分地径向地布置在工作腔之内。根据一种设计方案，正如以后参照附图所述的那样，完全径向地布置在工作腔之内的存储腔直接通至工作腔的径向内圆周，例如在涡轮的轴向部段中。
除了工作腔和容纳腔之外，在液力耦合器中或者也可以在其之外还可以设有另外的空间或者腔室。例如可以设有一个或多个延迟腔室，它们具有规定的大小，尤其是径向在工作腔之内。也可以局部或完全地径向在工作腔之外设有另一个延迟腔室，或者一般附加地设有环形腔用于容纳工作介质。例如可以参见欧州专利申请0206122A1，其所述的腔室在本发明的范畴中可以设置在液力耦合器之内，这些腔室相对于存储腔和工作腔而额外地设置。
然而，根据本发明的一种特别的实施方式，液力耦合器只具有一个工作腔，一个平衡腔以及尤其是，但并不是必需地，一个保留的可填充工作介质的腔室，该腔室位于液力耦合器的壳罩和被其所包围的叶轮的后侧之间，该叶轮以相对于壳罩的相对转速旋转。
本发明既可以应用于具有内齿轮驱动装置的液力耦合器，也可应用于具有外齿轮驱动装置的液力耦合器。在具有内齿轮驱动装置的液力耦合器中，那个由耦合器壳罩连同布置在从动侧的叶轮一起包围的叶轮，尤其是通过传动轴来驱动。在具有外齿轮驱动装置的液力耦合器中，能流正好相反。因此通常在其上连接有壳罩的外齿轮由传动机来驱动，而由外齿轮和壳罩包围的内齿轮布置在从动侧。
此外，工作腔容积相对于总容积的所述的大的比例还有利地由此实现，即型面轮廓内径DL与型面轮廓直径DP之比小于0.5，尤其是小于或等于0.485。这意味着，型面轮廓高度(DP-DI)/2相对较大，因此通过容积的增加减少了滑移。此外，可以由此实现滑移的进一步的减少，即，使型面轮廓深度T/DP与通常的耦合器相比也被加大了。型面轮廓深度T与型面轮廓直径DP之比大于0.16，特别有利地大于或等于0.165。
此外，发明者了解到，如果叶片的数量相比于已知的、具有恒定填充度和可对比的总容积的液力耦合器来说被减少了的话，那么在本发明的一种改进方案中就是有利的。对于更小的额定滑移来说，叶片的最佳值也就取决于较少的叶片数。这种更低的额定滑移通过最佳的结构空间充分利用，由所述的滑移减少来实现。泵叶轮和涡轮特别有利地具有不是相同的叶片数。泵叶轮的叶片数尤其是多于涡轮的叶片数。
通过根据本发明设计的具有恒定填充度的液力耦合器，尤其是通过加大工作腔和存储腔，在耦合器的外部尺寸保持不变的情况下，可以使液力耦合器的功率传递能力明显加大。
附图说明
以下要详细说明根据本发明的液力耦合器的一种特别有利的结构型式。
图1示出了一种这样的结构型式的轴向横断面，其中在下半部中示出了一种具有恒定填充度的传统的液力耦合器，以及在上半部中则示出了一种根据本发明的液力耦合器。
具体实施方式
正如立即可看出的那样，根据本发明的改进了的液力耦合器的安装尺寸相当于传统液力耦合器的安装尺寸。
在此可看到泵叶轮1和涡轮2，它们一起构成工作腔3。此外，还可看到存储腔4，该存储腔用作为在工作腔中不需要的工作介质的收集腔。存储腔沿着液力耦合器的轴向方向完全径向地在工作腔3的内部延伸。具体地说，在轴向方向上看，存储腔4从涡轮2的中间一直延伸越过布置在泵叶轮1中的工作腔3的范围，一直到相对于液力耦合器的轴向端部有一个规定的距离，该距离例如是10mm，一般在5至20mm之间，特别有利的是在8至12mm之间。
泵叶轮1与壳罩1.2一起包围住涡轮2。同时泵叶轮1和壳罩1.2一起构成传动转子1.1。如图所示，泵叶轮1例如可以与壳罩1.2这样用螺栓固定连接，从而它们包围住一个贯通的空腔，在该空腔中一方面布置有涡轮2，并且空腔另一方面包含有存储腔4。
泵叶轮1承载有多个叶片型面，也称为叶片1.3。叶片型面的最大轴向延伸长度称为型面轮廓深度T。如图所示，型面轮廓的外径称为型面轮廓直径DP，以及型面轮廓的内径称为型面轮廓内径DI。型面轮廓高度因此由型面轮廓直径与型面轮廓内径之间的差值的一半来得出。
涡轮同样也承载有多个叶片型面，它们具有对应限定的尺寸，这些叶片型面一般称为涡轮叶片2.1。涡轮2借助于螺栓抗扭地与耦合器从动盘毂5固定连接。该耦合器从动盘毂5设计成空心轴，其轴向地延伸通过泵叶轮1和壳罩1.2。耦合器从动盘毂5部分地通过作功机械的轴而反拉深，该轴设计成实心轴并与耦合器从动盘毂在端侧用螺栓固定连接。
所示结构型式的根据本发明的耦合器的泵叶轮1利用径向轴承6支撑在耦合器从动盘毂5的、在轴向方向上看的第一部分5.1上。在此，轴承6与所示附图的下部中的传统的耦合器的对应的轴承相比设计得更小。因此存储腔4可以设计得更大，有关其尺寸大小还要在以后详细描述。
壳罩1.2同样也支撑在耦合器从动盘毂5上，也就是说在第二部分5.2上，该部分在轴向上连接至第一部分5.1，然而，尤其是如图所示，具有更大的直径。这里所用的轴承7是一种径向推力轴承，这就是说一种所谓的固定轴承。因此在外齿轮1.1中的小轴承6不必承受液压轴向力，这样提高了寿命。
为了将足够多的热量从耦合器的内腔向外排出，外齿轮可以设计成具有一种加大表面的肋条。同时一种这样的肋条在壳罩1.2上可以被省去。
泵叶轮1、涡轮2和壳罩1.2可以特别有利地由铝材料制成，例如由GAISi12制成。为了提高在涡轮和耦合器从动盘毂之间的连接处的可能的转矩传递，涡轮例如可以由一种铁材料、例如GGG来制成。与在图1的下部中所示的传统的耦合器相比，工作腔的容积加大了50％，而且存储腔的容积同样也加大了50％。而同时外径DA保持不变为556mm，同样地，轴向延伸长度Sax也保持不变为246mm。
准确的数据可见以下两个表格。
DP＝500            DI/DP＝0.485
T/DP＝0.18         存储腔/工作腔＝3.66/19.4
                                ＝0.188
叶片数AR＝41       叶片数IR＝40

表格1：在图1的上半部中所示的根据本发明的实施方式的数据。
DP＝487            DI/DP＝0.534
T/DP＝0.144        存储腔/工作腔＝2.36/12.7
                                ＝0.186
叶片数AR＝46       叶片数IR＝46

表2：在图1的下半部中所示的传统的耦合器的数据。
通过所述的措施可以在相同的安装空间的情况下提高功率大约50％。这主要取决于由于结构方面的措施而实现的额定滑移的改善(也就是说额定滑移转变为一个更低的值)。由于更低的额定滑移，根据本发明的耦合器可以设计用于传递明显更大的起动转矩的功率。
参考标号
1泵叶轮        4存储腔
1.1传动转子    5耦合器从动盘毂
1.2壳罩        5.1第一部分
1.3泵叶轮叶片  5.2第二部分
2涡轮          6径向轴承
2.1涡轮叶片    7径向推力轴承
3工作腔