(57)【要約】  流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータ  本発明は、流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータであって、−作業媒体で充填可能な作業室を備え、作業室内に、少なくとも１つの羽根付きのポンプ車と、羽根付きのタービン車とが配置されており、トルクおよび／または駆動出力が、流体動力学的にポンプ車（２）からタービン車（３）に伝達されるようになっており、作業室内に作業媒体を供給するための作業媒体供給部（４）と、作業室から作業媒体を導出するための作業媒体流出部（５）とを備え、制御弁（６）を備え、制御弁（６）が、作業媒体供給部内または作業媒体供給部から分岐した作業媒体用のバイパス内に設けられており、制御弁を用いて、作業室内に流入する作業媒体量が、制御弁を通って流れる作業媒体のための流れ横断面の調節によって可変である、流体動力学的な機械に関する。本発明による流体動力学的な機械は、制御弁の流れ横断面が、作業媒体供給部内の作業媒体圧に関連して、かつ作業媒体流出部内の作業媒体圧に関連して、可変に調節されるように制御弁が作業媒体供給部および／または作業媒体流出部に接続され操作されることにより特徴付けられている。
2020518772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータであって、
１．１  作業媒体で充填可能な作業室（１）を備え、該作業室（１）内に、少なくとも１つの羽根付きのポンプ車（２）と、羽根付きのタービン車（３）とが配置されており、トルクおよび／または駆動出力が、流体動力学的に前記ポンプ車（２）から前記タービン車（３）に伝達されるようになっており、
１．２  前記作業室（１）内に作業媒体を供給するための作業媒体供給部（４）と、前記作業室（１）から作業媒体を導出するための作業媒体流出部（５）とを備え、
１．３  制御弁（６）を備え、該制御弁（６）が、前記作業媒体供給部（４）内または前記作業媒体供給部（４）から分岐した作業媒体用のバイパス（７）内に設けられており、前記制御弁（６）を用いて、前記作業室（１）内に流入する作業媒体量が、前記制御弁（６）を通って流れる作業媒体のための流れ横断面の調節によって可変である、
流体動力学的な機械において、
１．４  該制御弁（６）の前記流れ横断面が、前記作業媒体供給部（４）内の作業媒体圧に関連して、かつ前記作業媒体流出部（５）内の作業媒体圧に関連して、可変に調節されるように、前記制御弁（６）が前記作業媒体供給部（４）および／または前記作業媒体流出部（５）に接続され操作される
ことを特徴とする、流体動力学的な機械。
【請求項２】
前記制御弁（６）が、予圧エレメント（８）によって予圧をかけられた弁体（９）を有しており、該弁体（９）が、弁座（１０）と協働して、前記流れ横断面を制限しかつ調節するようになっており、前記予圧エレメント（８）の予圧力が、特にマニュアル式に、可変であることを特徴とする、請求項１記載の流体動力学的な機械。
【請求項３】
前記制御弁（６）が、前記バイパス（７）に配置されていて、予圧エレメント（８）によって予圧をかけられた弁体（９）を有しており、該弁体（９）が、弁座（１０）と協働して、前記流れ横断面を制限しかつ調節するようになっており、前記予圧エレメント（８）が、前記制御弁（６）の閉弁方向で前記弁体（９）に作用しており、該弁体（９）に、前記予圧エレメント（８）の予圧力に抗して、前記作業媒体供給部（４）および前記作業媒体流出部（５）内の作業媒体圧に関連して力が負荷されていることを特徴とする、請求項１または２記載の流体動力学的な機械。
【請求項４】
前記制御弁（６）が、第１の作業媒体ポート（１１）と、第２の作業媒体ポート（１２）と、作業媒体導出部（１３）とを有しており、前記第１の作業媒体ポート（１１）は、作業媒体が通流するように前記作業媒体供給部（４）に接続されており、前記第２の作業媒体ポート（１２）は、作業媒体が通流するように前記作業媒体流出部（５）に接続されており、前記第１の作業媒体ポート（１１）は、前記流れ横断面を介して、作業媒体が通流するように前記作業媒体導出部（１３）に接続されており、前記第１の作業媒体ポート（１１）と前記第２の作業媒体ポート（１２）とは、それぞれ前記弁体（９）に設けられた固有のまたは共通の作用面（１４，１５）に、作業媒体が通流するように接続されており、前記弁体（９）が、前記予圧エレメント（８）の予圧力とは逆向きに加圧されるようになっていることを特徴とする、請求項３記載の流体動力学的な機械。
【請求項５】
前記制御弁（６）が、プランジャスプール弁として構成されていることを特徴とする、請求項３または４記載の流体動力学的な機械。
【請求項６】
前記予圧エレメント（８）が、圧縮ばねとして構成されていることを特徴とする、請求項３から５までのいずれか１項記載の流体動力学的な機械。
【請求項７】
前記圧縮ばねが、スプールとして形成された前記弁体（９）の第１の側に作用しており、前記共通の作用面または前記固有の作用面（１４，１５）が、前記弁体（９）の、前記第１の側とは反対の側に設けられていることを特徴とする、請求項４から６までのいずれか１項記載の流体動力学的な機械。
【請求項８】
前記作業媒体導出部（１３）に絞りオリフィス（１６）が設けられていることを特徴とする、請求項４から７までのいずれか１項記載の流体動力学的な機械。
【請求項９】
当該流体動力学的な機械が、流体動力学的なコンバータとして構成されており、該流体動力学的なコンバータが、前記作業室（１）内に前記少なくとも１つのポンプ車（２）および前記タービン車（３）と共に、少なくとも１つの羽根付きの案内車（１７）を有することを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の流体動力学的な機械。
【請求項１０】
前記流体動力学的なコンバータが、作動コンバータとして構成されており、該作動コンバータが、作動部材を備え、該作動部材によって、前記ポンプ車（２）および前記タービン車（３）に加えられるトルクのトルク比が可変であり、前記作動部材が、前記作業室（１）内の作業媒体の流れに対して調節可能な、前記ポンプ車（２）および／または前記案内車（１７）に設けられた羽根によって形成されることを特徴とする、請求項９記載の流体動力学的な機械。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の流体動力学的な機械を備えたパワートレーンであって、作業媒体供給部を備え、該作業媒体供給部が、作業媒体ポンプ（１８）を有しており、該作業媒体ポンプ（１８）の吐出側が、前記作業媒体供給部（４）に、作業媒体が通流するように接続されていて、前記流体動力学的な機械に、加圧された作業媒体が供給されるようになっており、さらに作業媒体溜め（１９）を備え、該作業媒体溜め（１９）に前記作業媒体ポンプ（１８）の吸込み側が、少なくとも間接的に接続されており、前記制御弁（６）を備えた前記バイパス（７）が、直接にまたは間接的に前記作業媒体溜め（１９）に通じている、流体動力学的な機械を備えたパワートレーン。
【請求項１２】
前記流体動力学的な機械が、流体動力学的な出力分岐経路に設けられており、該流体動力学的な出力分岐経路に、純機械的な出力分岐経路が、駆動出力伝達経路の方向で並列に接続されており、リングギヤ（１１２）と、サンギヤ（１１３）と、複数のプラネタリピニオン（１１５）を備えたプラネタリキャリヤ（１１４）とを含む、遊星歯車伝動装置（１１１）として構成された動力重畳伝動装置が設けられており、該動力重畳伝動装置が、前記流体動力学的な出力分岐経路と前記純機械的な出力分岐経路とによって伝達された駆動出力を重畳させて、出力軸（１０６）に供給することを特徴とする、請求項１１記載のパワートレーン。
【請求項１３】
当該パワートレーンが、さらに、一定の回転数で回転する駆動ユニット（１０２）と、可変の回転数で回転しかつ前記出力軸（１０６）に少なくとも間接的に結合されている作業機械（１０３）とを有することを特徴とする、請求項１１または１２記載のパワートレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体動力学的な機械は、駆動出力を流体動力学的にかつ摩耗なしに伝達するために使用される。このために、流体動力学的な機械が、少なくとも１つのポンプ車と少なくとも１つのタービン車とを有しており、ポンプ車とタービン車とは、作業媒体で充填可能な作業室内に一緒に位置決めされているので、ポンプ車は作業室内の作業媒体の流体動力学的な循環流を介してタービン車を駆動し、このとき、トルクおよび駆動出力が伝達される。したがって、ポンプ車は機械的な駆動出力を流動エネルギまたは流動出力に変換し、タービン車は流動エネルギまたは流動出力を再び機械的な駆動出力に変換する。
【０００３】
作業媒体、特にオイルは、作業室内に生じる熱を作業室から導出するという付加的な役割を有している。できるだけ良好な効率を達成できるようにするために、たとえば流体動力学的なコンバータ、特にポンプ車とタービン車とが互いに逆向きの方向に回転する逆回転型コンバータにおいては、駆動媒体のできるだけ高い流出温度、特に約９５℃の流出温度が目標とされる。流体動力学的な機械における作業媒体加熱は、損失出力に比例し、かつ作業媒体供給部から作業室に流入しかつ作業室から作業媒体流出部を介して導出される作業媒体量に反比例する。
【０００４】
国際公開第２０１２／１４３１２３号には、逆回転型コンバータとして構成されている、冒頭で述べた形式の流体動力学的なコンバータが開示されている。
【０００５】
このような流体動力学的なコンバータには、たとえばオイルポンプ、一般に作業媒体ポンプによって、オイルまたは作業媒体が供給される。作業媒体ポンプは、作業媒体供給部の構成要素、つまりオイルの場合にはオイル供給部の構成要素であってよく、このような作業媒体供給部では、作業媒体ポンプが作業媒体を少なくとも間接的に、または直接に作業媒体溜めまたはオイル溜めから圧送して、コンバータの作業媒体供給部へ供給する。コンバータはこの場合、所要の充填圧を有しており、この所要の充填圧は、作業媒体ポンプによって、対応して出力消費下に形成されなければならない。これまでの構成では、作業媒体ポンプが作業媒体を一定の圧力で圧送し、この作業媒体が作業媒体供給部を介して作業室内に導かれるようになっている。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２００７０３０２８１号明細書には、作業室と、この作業室内に存在しない作業媒体を収容するための副室とを備えた流体動力学的なクラッチが開示されている。作業室と副室とは、流入通路と戻し通路とを介して、流れが通流するように、または作業媒体が通流するように、互いに接続されている。したがって、作業室と副室との間には循環流が生じ得る。作業媒体は副室から流入通路を介して作業室に流入し、かつ作業室から戻し通路を介して再び副室に戻る。作業室の充填度を調節するために、流入通路内および／または戻し通路内の作業媒体のための流れ横断面が意図的に可変である。流入通路内および／または戻し通路内の作業媒体のための流れ横断面は、たとえば流入通路内および／または戻し通路内に制御弁が設けられていることにより可変であってよい。この制御弁は、たとえば電磁弁として構成されている。代替的な別の構成では、タイミング制御式の開閉弁が設けられている。一実施形態では、この弁が、２つの位置と３つのポートとを備えた方向切換弁として構成されている。この場合、一方の位置では、流入通路が遮断され、流出通路が副室に接続されるので、作業室の充填度が減少し、他方の位置では、弁が、戻し通路および副室から作業室への作業媒体の流れを可能にする。この弁は、外部から制御可能な制御弁として構成されている。
【０００７】
欧州特許出願公開第０４２７５８９号明細書には、遠心弁を備えた流体動力学的なクラッチが開示されている。遠心弁は、流体動力学的なクラッチの休止状態で開く。代替的には、電子制御式の弁が設けられてよい。
【０００８】
米国特許出願公開第２００７／０２９２２７２号明細書には、鉛直方向に延びるクランク軸と、このクランク軸の下方に位置する、鉛直方向に延びる出力軸とを備えたエンジンが開示されている。トルクコンバータにより、クランク軸と出力軸との間の接続が形成される。
【０００９】
独国特許出願公開第１０２００６０３１８１４号明細書に開示されている流体動力学的な機械、特に流体動力学的なクラッチでは、作業媒体流入部に流入弁が設けられており、この流入弁は、１つの弁体の２つの切換位置、すなわち第１の切換位置と第２の切換位置とを有している。第１の切換位置では、流入弁が、作業媒体のための第１の流れ横断面を開放し、第２の切換位置では、流入弁が、作業媒体のための第２の流れ横断面を開放する。この場合、第２の流れ横断面は第１の流れ横断面よりも小さい。弁体の各切換位置は、流入弁における作業媒体の圧力に関連して、かつ／または流入弁の上流側と下流側との間の圧力差、つまり流入弁の作業媒体供給部と作業媒体導出部との間の圧力差に関連して、自動的に調節される。これによって、この流体動力学的なクラッチは、オイル圧変動を有するオイルシステムで使用可能となる。この場合、流入弁は、この流体動力学的なクラッチが、多かれ少なかれ同一の作業媒体圧で加圧されるようにオイル圧変動を補償する。この流体動力学的なクラッチ内に流入する全作業媒体流を、対応して制御しなくても済むようにするために、流入弁を巡るようにバイパスが設けられていてよい。このバイパスを介して、常に作業媒体の一部が、流体動力学的なクラッチの作業媒体供給部に導入される。
【００１０】
したがって、独国特許出願公開第１０２００６０３１８１４号明細書に記載の構成においても、流体動力学的な機械が、少なくともほぼすべての運転領域で、同一の作業媒体圧で加圧されることが確保される。
【００１１】
上で挙げた流体動力学的な機械は、これまで実際の使用において満足し得るように作動しているが、効率を向上させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の根底を成す課題は、効率に関して改善されている流体動力学的な機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題は、請求項１に記載の特徴を有する流体動力学的な機械により解決される。従属形式の各請求項には、本発明の有利な構成および特に好都合な構成が記載されている。
【００１４】
本発明の根底を成しているのは、第１に、流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータ、たとえば逆回転型コンバータおよび特に作動コンバータとして構成されている流体動力学的なコンバータに、従来のように一定の充填圧を供給することは、効率の点で不都合を招く、という認識である。すなわち、所要の充填圧は、回転数、特に出力側回転数に関連して、つまりタービン車の回転数に関連して、かつ／または出力側トルク、つまりタービン車に加えられるトルクに関連して、変化することが判った。従来では、充填圧が、不都合な運転点に合わせて調節され、運転特性マップ全体にわたってほぼ一定に保持される。これに対応して、特に作業媒体ポンプ前後の差圧に比例して挙動する作業媒体ポンプの消費出力は、特性マップ全体にわたって比較的高くなる。さらに、特定の運転状態では不必要に高い充填圧により、流体動力学的な機械からの作業媒体の不必要に高い漏れが生じ、この漏れは、たとえば流体動力学的な機械の、特に非接触式のシール部材として構成されているシール部材を介して生じる。さらに、流体動力学的な機械の特性マップの広い領域にわたって、必要以上に多い作業媒体が作業室に流入し、かつ作業室から流出する。これにより、より小さな作業媒体通流量に比べて比較的低い流出温度が生じる。しかし、できるだけ良好な効率を達成するためには、たとえば９０℃、９５℃またはそれ以上のできるだけ高い流出温度が目標とされ、つまり流体動力学的な機械の作業媒体流出部における作業媒体の対応する温度が目標とされる。
【００１５】
特に、流体動力学的な機械が、作動コンバータとして構成されている場合、すなわち、対応する作動部材（アクチュエータ）が設けられていることにより、ポンプ車に加えられるトルクと、タービン車に加えられるトルクとの比が可変であり、かつ意図的に調節可能または変更可能であるような作動コンバータとして構成されている場合、必要となる所要の充填圧は、最小の出力回転数および最小の出力トルクにおいて最も高くなる。すなわち、タービン車が比較的低い回転数で回転し、かつタービン車に比較的小さなトルク、たとえばポンプ車に加えられるトルクの１／２よりも小さなトルクが加えられるような運転状態で、最も高くなる。特に、最大の出力回転数および最大の出力トルクがタービン車に加えられるような、流体動力学的なコンバータの公称点（常用点）では、所要の充填圧は最も低くなる。動的な圧力、すなわちポンプ車による流体動力学的なコンバータの作業室内での圧力増大は、公称点で最も高くなり、最小の出力回転数で最も小さくなる。これにより、充填圧が一定であると、公称点では高い漏れが生じ、最小の出力回転数では小さな漏れが生じる。
【００１６】
コンバータの作動部材としては、ポンプ車および／または案内車が働くことができる。すなわち、この場合、ポンプ車の羽根および／または案内車の羽根が、多かれ少なかれ流れ方向に対して翼角度調整可能であることにより、これらの羽根が作業室内の作業媒体の流れに対して、つまり作業室内の作業媒体循環流に対して、調節可能となる。
【００１７】
したがって、本発明によれば、各運転点において流体動力学的な機械の要求に応じて供給圧を調節する制御弁が設けられている。このために、低い所要供給圧を有する特性マップ領域では、比較的高い所要供給圧を有する特性マップ領域における作業媒体よりもあまり加圧されていない作業媒体が、作業媒体供給部を介して作業室に導入され、かつ作業媒体流出部を介して作業室から導出される。これによって、第１に、特に機械式に駆動される容積形の作業媒体ポンプの、ポンプ効率が最大となる運転点または公称運転点を、ポンプ前後の差圧の減少方向にシフトすることができる。これは、比較的低いポンプ消費出力をもたらす。第２に、少量の作業媒体、特に少量のオイルしか、流体動力学的な機械に流入しなくなるので、作業室内の少量の作業媒体が加速されるだけで済む。さらに、作業室から流出する作業媒体の温度、つまり作業媒体流出部における作業媒体の温度が上昇し、これは、効率に対して好都合な効果を有している。
【００１８】
詳細には、特に流体動力学的なコンバータ、たとえば逆回転型コンバータとして構成されている流体動力学的な機械が、作業媒体で充填可能な作業室を有しており、この作業室内に、少なくとも１つの羽根付きのポンプ車、特に正確に唯一の羽根付きのポンプ車と、少なくとも１つの羽根付きのタービン車、特に唯一の羽根付きのタービン車とが配置されていて、トルクおよび／または駆動出力が、流体動力学的にポンプ車からタービン車に伝達されるようになっている。
【００１９】
流体動力学的な機械は、作業室内に作業媒体を供給するための作業媒体供給部と、作業室から作業媒体を導出するための作業媒体流出部とを有している。
【００２０】
本発明によれば、制御弁が設けられており、この制御弁は、作業媒体供給部内またはこの作業媒体供給部から分岐した作業媒体用のバイパス内に設けられている。バイパスは、たとえば少なくとも間接的にまたは直接に作業媒体溜め、特に作業媒体としてオイルが使用される場合にはオイル溜めに通じている。
【００２１】
制御弁を用いて、作業室内に流入する作業媒体量が、この制御弁を通って流れる作業媒体のための流れ横断面の調節によって可変である。これに対応して、比較的大きな流れ横断面の場合には、比較的小さな流れ横断面の場合よりも多くの作業媒体が制御弁を通って流れることができる。すなわち、このときに制御弁がバイパスに設けられていると、比較的大きな流れ横断面の場合には、比較的多くの作業媒体が作業室の傍らを通ってバイパスを通流するので、作業室に導入される作業媒体量は比較的少なくなる。
【００２２】
本発明によれば、制御弁は、この制御弁の流れ横断面が、作業媒体供給部内の作業媒体圧に関連して、かつ作業媒体流出部内の作業媒体圧に関連して、可変に調節されるように作業媒体供給部および／または作業媒体流出部に接続され、操作される。
【００２３】
たとえば、制御弁は、作業媒体供給部にも作業媒体流出部にも接続されていて、所望の流れ横断面調節を達成するために作業媒体圧で負荷されている。したがって、制御弁の流れ横断面の変更または調節は、作業媒体供給部内の作業媒体圧と、作業媒体流出部内の作業媒体圧とで制御弁を負荷することにより行われる。これによって、特に制御弁の電気的または電子的な制御を不要にすることができ、そして制御弁は機械的にのみ、または作業媒体圧によってのみ、制御することができるようになる。
【００２４】
本発明の一実施形態では、制御弁がバイパスに配置されていて、予圧エレメントによって予圧をかけられた弁体を有しており、この弁体は、弁座と協働して、流れ横断面を制限しかつ調節するようになっている。予圧エレメントは、制御弁の閉弁方向で弁体に作用するように制御弁内に設けられている。制御弁が作業媒体供給部に設けられている場合、予圧エレメントは開弁方向で弁体に作用することができる。
【００２５】
弁体には、予圧エレメントの予圧力に抗して、作業媒体供給部内の作業媒体圧に関連して、かつ作業媒体流出部内の作業媒体圧に関連して、力を負荷することができる。
【００２６】
予圧エレメントの予圧力は、好適には、少なくとも流体動力学的な機械の運転開始前または再運転開始前に、可変に調節可能である。たとえば、調節可能なアクチュエータが、たとえば調節ねじまたはこれに類するものの形で設けられている。この調節可能なアクチュエータは、予圧エレメントの予圧力（予荷重力）を変えるために操作可能であり、特にマニュアル式に操作可能である。
【００２７】
本発明の一実施形態では、予圧力が、作業媒体供給部内の作業媒体圧に関連して弁体に付与される力に抗しても、作業媒体流出部内の作業媒体圧に関連して弁体に付与される力に抗しても、作用する。
【００２８】
特に、制御弁は、第１の作業媒体ポートと、第２の作業媒体ポートと、作業媒体導出部とを有している。第１の作業媒体ポートは、作業媒体が通流するように作業媒体供給部に接続されており、第２の作業媒体ポートは、作業媒体が通流するように作業媒体流出部に接続されており、第１の作業媒体ポートは、可変の流れ横断面を介して、作業媒体が通流するように作業媒体導出部に接続されている。第１の作業媒体ポートと第２の作業媒体ポートとは、それぞれ弁体に設けられた固有の作用面または共通の作用面に、作業媒体が通流するように接続されていて、弁体が、予圧エレメントの予圧力とは逆向きに加圧されるようになっている。
【００２９】
特に、制御弁は、プランジャスプール弁として構成されており、したがって、弁体としてプランジャを有している。
【００３０】
予圧エレメントは、たとえば圧縮ばね、特に圧縮コイルばね、として構成されていてよい。
【００３１】
たとえば、圧縮ばねは、スプールとして形成された弁体の第１の側に作用しており、両作用面または１つの共通の作用面は、弁体の、第１の側とは反対の側に設けられている。
【００３２】
両作用面相互の面積比は、たとえば以下のように設定されていてよい：作業媒体供給部に接続されている作用面対作業媒体流出部に接続されている作用面の比が、好ましくは２．５〜４．５の範囲にある。
【００３３】
予圧エレメントは、たとえば入力回転数、コンバータサイズおよび弁パラメータ（直径）に関連して、１０００〜２００００ニュートンの予圧力を有していてよい。本発明の一実施形態では、予圧エレメントの予圧力が、設計点における１．１倍〜２．０倍、または、流体動力学的な機械の最大流入圧もしくは公称運転点における流体動力学的な機械の作業媒体供給部内の圧力と、作業媒体が通流するように作業媒体供給部に接続されている作用面の面積とを掛けた積の調節値の１．１倍〜２．０倍である。
【００３４】
制御弁の作業媒体導出部には、最大導出される作業媒体量を制限するために、絞りオリフィスが設けられていてよい。その場合、このようなオリフィスは、有利には、許容温度の点で特性マップ内の流体動力学的な機械の損失出力や、作業媒体ポンプの最大ポンプ圧送量を考慮して設計されることが望ましく、流体動力学的な機械の過剰加熱を防止する純然たる過熱防止機能を有していてよい。一定の流れ横断面を有する絞りオリフィスの代わりに、原理的には、調節可能な絞り、特にマニュアル式に調節可能な絞りが設けられていてもよい。
【００３５】
制御弁の第１の作業媒体ポートは、特に、第２の作業媒体ポートよりも大きな流れ横断面を有している。特に、作業媒体は、第１の作業媒体ポートから、制御弁の可変の流れ横断面を通って作業媒体導出部へ流れ、それに対して、第２の作業媒体ポートは、圧力伝達のためにしか用いられず、第２の作業媒体ポートには、対応して導出部が対応配置されていない。それどころか、第２の作業媒体ポートには、作業媒体の静的な圧力しか形成され得ない。
【００３６】
予圧エレメントは、特に、予圧エレメントの弾性的な力と、両作業媒体ポートを介して供給される有効な作業媒体圧の押圧力とが、流体動力学的な機械の低い出力回転数において平衡するように設計されているか、または予圧をかけられている。これは、予圧力を介して、最大に必要とされる充填圧が調節されることを意味する。流体動力学的な機械のこの運転点では、流出圧が特に供給圧よりも小さい。
【００３７】
流体動力学的な機械の流出圧と、第２の作業媒体ポートの作業媒体が作用する作用面の面積を掛けた値を、流体動力学的な機械の充填圧（流入圧）と、対応して第１の作業媒体ポートからの作業媒体圧が作用する作用面の面積とを掛けた値に加算した値が、予圧エレメントの調節された予圧力よりも大きい場合、制御弁は開き、作業媒体は作業室の傍らを通って流れ、特に作業媒体溜めに流入する。その結果、充填圧、ひいては流体動力学的な機械の上流側のシステム圧が、平衡が得られるまで低下する。
【００３８】
本発明は、逆回転型コンバータの形の流体動力学的な機械において、特に機械式に駆動される容積形の作業媒体ポンプと組み合わされた流体動力学的な機械において、特に有利である。
【００３９】
これに対応して、本発明によるパワートレーンが、作業媒体ポンプを有しており、この作業媒体ポンプの吐出側は、流体動力学的な機械の作業媒体供給部に、作業媒体が通流するように接続されており、これにより流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータに、加圧された作業媒体が供給されるようになっている。作業媒体ポンプはさらに吸込み側を有しており、この吸込み側は直接または間接的に作業媒体溜め、特にオイル溜めに接続されている。バイパスは、直接にまたは間接的に作業媒体溜めに通じている。
【００４０】
本発明によれば、ポンプの運転点を好都合にシフトさせることによって、作業媒体ポンプ前後の減じられた差圧により、従来よりも低いポンプ消費出力を達成することができる。流体動力学的な機械内部の作業媒体温度の増大により、オイル粘度を低下させることができる。これにより、流体動力学的な特性が改善され、効率が向上する。作業室内部でポンプ車によって加速されなければならない作業媒体量の減少は、同じく流体動力学的な機械の効率に好都合に作用する。
【００４１】
たとえば、本発明の一実施形態では、流体動力学的な機械、特に流体動力学的なコンバータが、伝動装置の、いわゆる流体動力学的な出力分岐経路に設けられていてよい。この場合、伝動装置はさらに、純機械的な出力分岐経路を有しており、この純機械的な出力分岐経路は、伝動装置入力側から伝動装置出力側への駆動出力伝達の点で、流体動力学的な分岐経路に対して並列に配置されている。伝動装置入力側は、たとえば入力軸であってよく、この入力軸は少なくとも実質的に一定の回転数で回転する。それに対して、伝動装置出力側を形成する出力軸は、可変の回転数で駆動可能である。この場合、用語「軸」とは広義に解することができ、軸は必ずしも円筒状の中実軸または中空軸である必要はなく、回転することのできるあらゆる適当なエレメントが、対応する軸を形成し得る。
【００４２】
たとえば、伝動装置には、リングギヤと、サンギヤと、１つまたは複数のプラネタリピニオンを備えたプラネタリキャリヤとを含む、遊星歯車伝動装置として構成された動力重畳伝動装置が設けられている。流体動力学的なコンバータは、特に逆回転型コンバータとして構成されていてよく、伝動装置の入力軸は、流体動力学的なコンバータのポンプ車と、遊星歯車伝動装置の第１のエレメントとに直接に結合されていてよい。その場合、流体動力学的なコンバータのタービン車は、好適には遊星歯車伝動装置の第２のエレメントに直接に結合されており、伝動装置の出力軸は、遊星歯車伝動装置の第３のエレメントに結合されている。遊星歯車伝動装置の第１のエレメントは、たとえばプラネタリキャリヤであり、第２のエレメントは、遊星歯車伝動装置のサンギヤであり、第３のエレメントは、遊星歯車伝動装置のリングギヤである。
【００４３】
好適には、唯一の遊星歯車伝動装置が伝動装置に設けられている。遊星歯車伝動装置から、伝動装置の下流側に接続された作業機械へ向かう作業出力伝達経路の方向で、特に、たとえば増速方向への変速が設定されていてよい。
【００４４】
流体動力学的なコンバータのタービン車は、好適には中空軸を介して、遊星歯車伝動装置のサンギヤに結合されており、この中空軸を貫いて延びる、駆動機械によって駆動することができる、伝動装置の入力軸が、たとえば、遊星歯車伝動装置の、流体動力学的なコンバータとは反対の側で、プラネタリキャリヤに結合されている。
【００４５】
一実施形態では、リングギヤが、遊星歯車伝動装置の、流体動力学的なコンバータとは反対の側で、少なくとも間接的に伝動装置の出力軸に結合されている。
【００４６】
リングギヤ、プラネタリピニオンおよびサンギヤは、単純な斜歯歯列（シングルヘリカルギヤ）を備えて構成されていてよい。
【００４７】
駆動機械は、たとえば電動モータとして形成されていてよい。
【００４８】
作業機械は、たとえば流体用の圧送装置、たとえば圧縮機、ポンプまたは渦巻きポンプであってよい。
【００４９】
以下に、実施形態および図面に基づき、本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による制御弁を備えた流体動力学的なコンバータの形の流体動力学的な機械の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明による流体動力学的な機械を備えた伝動装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】図２に示した実施形態に対する変形形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図1には、流体動力学的な機械が例示的に図示されている。この流体動力学的な機械は、流体動力学的なコンバータ、本実施形態では作動コンバータ、特に逆回転型コンバータの形に構成されている。作業室１内には、羽根列を備えたポンプ車２が設けられており、このポンプ車２のポンプ羽根は、１つの軸線を介して、作業室１内での作業媒体循環路内の作動媒体の流れ方向に対して直交する方向またはこの流れ方向に対して所定の角度で、調節可能である。調節は、たとえば調節リング２０を介して行われる。
【００５２】
作業室１内では、さらに作業媒体の流れ方向で見てポンプ車２の背後またはポンプ車２の羽根の背後に、タービン車３の羽根が設けられており、このタービン車３の羽根に続いて、案内車１７または案内車１７の羽根が設けられており、この場合、案内車は特に位置固定である（ステータ）。
【００５３】
作業媒体は作業媒体供給部４を介して作業室１内に導入され、そして作業媒体流出部５を介して作業室１から導出される。
【００５４】
流体動力学的な機械は、ポンプ車２に機械的に結合されている入力軸２１と、タービン車３に機械的に結合されている出力軸２２とを有している。入力軸２１および／または出力軸２２は、原理的に中実軸として、またはあらゆる適当な種類の中空軸として形成されていてよい。
【００５５】
作業媒体供給部４からは、バイパス７が分岐しており、このバイパス７は作業媒体溜め１９に通じている。作業媒体流出部５も、作業媒体溜め１９に通じていてよい。
【００５６】
バイパス７には制御弁６が設けられている。この制御弁６は、予圧エレメント８によって予圧をかけられた弁体９を有している。予圧エレメント８の力は、符号２３で示した矢印で示したように作用する。
【００５７】
予圧エレメント８の力とは逆向きの方向で、弁体９には、作業媒体の圧力が作用する。この作業媒体は、作業媒体供給部４から制御弁６の第１の作業媒体ポート１１に供給される。この圧力は弁体９の第１の作用面１４に作用し、この第１の作用面１４は弁座１０と共に、この制御弁の流れ横断面を調節する。
【００５８】
さらに、弁体９は第２の作用面１５を有しており、この第２の作用面１５には、作業媒体流出部５から第２の作業媒体ポート１２を介して供給される作業媒体の圧力が作用する。これによって生じる力も、第１の作用面１４に作用する作業媒体圧の力と相まって合成力として、予圧エレメント８の予圧力に抗して作用する。合成力は矢印２４により示されている。
【００５９】
予圧エレメント８の予圧力は、図示の実施形態では、調節ねじ２５によって可変に調節可能である。
【００６０】
第１の作業媒体ポート１１を介して供給された作業媒体は、制御弁６の作業媒体導出部１３から流出する。この作業媒体導出部１３には、絞りオリフィス１６が設けられており、これにより、制御弁６を通って流れる作業媒体、つまり作業室１の傍らを通って流れる作業媒体の量が制限される。
【００６１】
作業媒体は、作業媒体ポンプ１８によって少なくとも間接的にオイル溜め１９から流体動力学的な機械へ圧送される。必ずしも常に全作業媒体量が流体動力学的な機械を通って圧送される必要はなく、かつ作業媒体供給部４における作業媒体圧を、最小限に必要な高さにまで低減できることに基づいて、作業媒体ポンプ１８のエネルギ消費量または出力消費量が、少なくとも作業媒体ポンプ１８が作動する全運転領域にわたって見て、減少している。
【００６２】
図示の実施形態では、第１の作用面１４が円形面によって形成され、それに対して第２の作用面１５は、環状面によって形成される。しかし、これは必須ではない。
【００６３】
さらに、制御弁６はプランジャスプール弁として図示されている。この場合、プランジャは、弁座１０を形成するハウジングに設けられた孔と協働する。しかし、この場合にも、別の構成を選択することができる。
【００６４】
図２には、駆動ユニット１０２と作業機械１０３とを互いに接続する、力伝達のための装置１０１が図示されている。装置１０１は、流体動力学的な出力分岐経路と、この流体動力学的な出力分岐経路に対して並列に設けられた、純機械的な出力分岐経路とを備えた伝動装置により形成される。駆動ユニット１０２は、特にモータ、特に好適には電動モータとして形成されていてよい。これは、図示した構造においては典型的に一定の回転数を提供し、この回転数を用いて、駆動ユニットは、直接にまたは場合によっては変速段（図示しない）を介してこの駆動ユニットに結合された入力軸１０４を駆動する。次いで、装置１０１を介して作業機械１０３が駆動される。作業機械１０３は、可変の回転数を有する作業機械１０３として構成されている。作業機械１０３は、特に圧縮機もしくはコンプレッサ、渦巻きポンプまたはこれに類するものであってよい。作業機械１０３は図示の実施形態では、平歯車伝動装置１０５を介して間接的に出力軸１０６に結合されている。また、遊星歯車伝動装置、傘歯車伝動装置またはこれに類するものを介した結合も考えられる。力伝達のための装置１０１は、流体動力学的な逆回転型コンバータ１２０を含む。この逆回転型コンバータ１２０のポンプ車２は、直接に入力軸１０４に結合されている。逆回転型コンバータ１２０にとって典型的であるように、ポンプ車２から、矢印１０９により示したように調節可能である案内車１７を介してタービン車３に向かう作業媒体の流れが生じる。これに対して並列に、出力が入力軸１０４を介して機械的に直接伝達される。両出力分岐経路は、次いで遊星歯車伝動装置１１１によって再び合流されて、一緒になって出力軸１０６の領域へ到達する。
【００６５】
遊星歯車伝動装置１１１は、リングギヤ１１２と、サンギヤ１１３と、プラネタリキャリヤ１１４に配置された複数のプラネタリピニオン１１５とを有している。図示の構造では、流体動力学的な逆回転型コンバータ１２０のタービン車３が、中空軸１１６を介して遊星歯車伝動装置１１１のサンギヤ１１３に直接結合される。中空軸１１６を貫いて、入力軸１１４は、遊星歯車伝動装置１１１の、逆回転型コンバータ１２０とは反対の側で、プラネタリキャリヤ１１４に結合されており、ひいては公転する個々のプラネタリピニオン１１５に結合されている。出力軸１０６は、遊星歯車伝動装置１１１のリングギヤ１１２に結合されている。
【００６６】
出力軸１０６の所望の回転数に応じて、案内車１７の調節および／または作業媒体による流体動力学的な逆回転型コンバータ１２０の充填度の調節によって、流体動力学的な出力分岐経路における対応する出力伝達、ひいては入力軸１１４からサンギヤ１１３への対応する出力伝達が達成される。流体動力学的な出力分岐経路を介して伝達されるこの出力は、次いで、プラネタリキャリヤ１１４を介して導入される、直接に機械的に伝達される出力の主部分と合算されて、共同の出力としてリングギヤ１１２を介して出力軸１１６に到達する。図示の事例では、作業機械１１３が次いで、平歯車伝動装置１１５を介して一定の変速比で駆動される。作業機械１１３の領域における所望の目下の回転数に応じて、流体動力学的な逆回転型コンバータ１２０が対応して調節され、この場合、案内車１７が調節され、かつ／または流体動力学的な逆回転型コンバータ１２０内の作業媒体の量が変えられる。
【００６７】
これにより、所望の回転数値に合わせた出力回転数の極めて良好な制御可能性が得られる。
【００６８】
この構造は、極めてコンパクトに、かつ対応して容易に実現することができる。なぜならば、定置伝動装置が必要とされず、連結スリーブが使用されずに済み、しかも極めて好都合な回転数に基づき、比較的小型の遊星歯車伝動装置１１１を使用できるからである。特に出力軸１１６に入力軸１１４を支持することが可能であることに基づき、遊星歯車伝動装置１１１の個々のエレメント１１２，１１３，１１５に対する軸方向における力を生じさせない構造、または生じさせたとしても著しい力を生じさせない構造が得られる。これによって、遊星歯車伝動装置１１１の個々のエレメント１１２，１１３，１１５を単純な斜歯歯列（シングルヘリカルギヤ）で形成することが可能となるので、これらのエレメントを、その構成サイズに基づくだけでなく、その構造に基づいても、比較的簡単かつ廉価に実現することができる。
【００６９】
この構造は、全体的に極めてコンパクトで、軽量であり、かつ比較的少数の個別エレメント点数に基づき、簡単かつ廉価に製造しかつ組み付けることができる。
【００７０】
図３に示した構成は、軸受装置の点で、図２に示した構成に対して変更されている。すなわち、たとえばタービン車３を支持しているか、またはタービン車３に相対回動不能に接続されている中空軸１１６は、軸受、たとえば玉軸受、特にアンギュラ玉軸受を介して、伝動装置ハウジングに支承されていてよい。この軸受は、タービンの軸方向力を受け止めることができる。図示の実施形態では、さらに、入力軸１０４のための付加的なスラスト軸受１２１と、出力軸１０６のためのスラスト軸受１２２とが設けられている。
【００７１】
サンギヤ１１３と中空軸１１６とは、軸方向力を伝達しないスプライン結合を介して結合されていてよい。
【００７２】
作業機械１０３の軸方向力は、好適には平歯車伝動装置１０５の、ダブル斜歯列（山歯歯列）を備えた平歯車段を介して、出力軸１０６のスラスト軸受１２２に導入される。
【００７３】
遊星歯車伝動装置１１１も、好適には、軸方向力を軸受へ伝達できるようにするために、ダブル斜歯列を備えている。
【符号の説明】
【００７４】
１  作業室
２  ポンプ車
３  タービン車
４  作業媒体供給部
５  作業媒体流出部
６  制御弁
７  バイパス
８  予圧エレメント
９  弁体
１０  弁座
１１  第１の作業媒体ポート
１２  第２の作業媒体ポート
１３  作業媒体導出部
１４  作用面
１５  作用面
１６  絞りオリフィス
１７  案内車
１８  作業媒体ポンプ
１９  作業媒体溜め
２０  調節リング
２１  入力軸
２２  出力軸
２３  力
２４  力
２５  調節ねじ
１０１  装置
１０２  駆動ユニット
１０３  作業機械
１０４  入力軸
１０５  平歯車伝動装置
１０６  出力軸
１０９  調節可能性の矢印
１１１  遊星歯車伝動装置
１１２  リングギヤ
１１３  サンギヤ
１１４  プラネタリキャリヤ
１１５  プラネタリピニオン
１１６  中空軸
１２０  逆回転型コンバータ
１２１  スラスト軸受
１２２  スラスト軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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2020518772.tif 000007
2020518772.tif 000008
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