液力机械、尤其是液力变矩器的制作方法

本发明涉及一种按照权利要求1的前叙部分所述的液力机械、尤其是液力变矩器。

液力机械用于液力地并且无磨损传递驱动功率。液力机械为此具有至少一个泵轮和至少一个涡轮，所述泵轮和涡轮共同放置在能够由工作介质填充的工作空间中，从而叶轮通过工作空间中的工作介质的液力循环流来驱动涡轮机，其中，传递扭矩和驱动力。泵轮由此将机械驱动力转化为流动能或者流动功率，并且涡轮机又将流动能或流动功率转换回为机械的驱动功率。

工作介质、尤其是油、附加的任务在于，将工作空间中产生的热量从所述工作空间中排出。为了能够实现尽可能高的效率，例如在液力变矩器、尤其是在泵轮和涡轮朝相反的方向转动的反向变矩器中追求工作介质尽可能高的排出温度、尤其是约95°。液力机械中的工作介质的升温与损耗功率成正比并且与工作介质的量成反比，所述工作介质的量由工作介质输入器件输入工作空间中并且通过工作介质排出器件从所述工作空间中输出。

专利文献wo2012/143123a1公开了一种按照本发明类型的设计为反向变矩器的变矩器。

这种液力变矩器例如借助油泵、一般的工作介质泵供给油或者工作介质。工作介质泵可以是工作介质供给装置(对于油而言即供油装置)的组成部分，在所述工作介质供给装置中，工作介质泵至少间接地或者直接地将工作介质从工作介质池或者油池中输送并且馈入变矩器的工作介质输入器件中。变矩器在此具有必要填充压力，工作介质泵在消耗功率的情况下必须相应地产生所述填充压力。迄今在此规定，工作介质泵使工作介质达到恒定的压力并且通过工作介质输入器件将所述工作介质导入工作空间中。

专利文献de102007030281a1公开了一种液力耦合器，所述液力耦合器具有工作空间和用于容纳不处于所述工作空间中的工作介质的附加空间(或称为辅助室)。工作空间和附加空间通过流入管道并且通过回流管道流体导通地或者工作介质导通地相互连接。由此能够在工作空间和附加空间之间形成循环流。工作介质从附加空间经由流入管道流入工作空间中并且经由回流管道又从工作空间流回附加空间中。为了调节工作空间的填充度，能够有针对性地改变流入通道和/或回流通道的用于工作介质的流动横截面。流入管道和/或回流管道中的用于工作介质的流动横截面例如可以由此改变，即在流入管道和/或回流管道中设置调节阀，所述调节阀例如设计为电磁阀。备选的设计方案设置了同步的开关阀。按照一种实施方式，阀设计为具有两种状态和三个接口的方向阀，其中，在一种状态中，流入管道锁闭并且流出管道与附加空间连接，从而降低工作空间的填充度，并且在另一种状态中，阀实现了使工作介质从回流管道和附加空间向工作空间中流动。所述阀设计为能够从外部控制的调节阀。

专利文献ep0427589a1公开了一种具有离心阀的液力耦合器，所述离心阀在液力耦合器停歇时打开。备选地可以设置电子控制的阀门。

专利文献us2007/0292272a1公开了一种具有垂向延伸的曲轴的发动机和在所述曲轴下方垂向延伸的从动轴。转矩变换器产生了曲轴和从动轴之间的连接。

专利文献de102006031814a1公开了一种液力机械、尤其是液力耦合器，在所述液力机械中在工作介质入口中设置有进入阀，所述进入阀具有阀体的两个调节位置，即第一调节位置，进入阀在所述第一调节位置中打开用于工作介质的第一流动横截面；以及第二调节位置，进入阀在所述第二调节位置中打开用于工作介质的第二流动横截面，其中，所述第二流动横截面小于所述第一流动横截面。阀体的相应的调节位置自动地与工作介质在进入阀中或者在进入阀处的压力相关地调节和/或与工作介质在进入阀上、即在工作介质输入器件和工作介质流出口之间的压力差相关地调节。由此能够在具有变化的油压的油系统中使用所述液力耦合器，其中，所述进入阀这样补偿油压波动，即或多或少地以同样的工作介质压力加载液力耦合器。为了不必相应地调节在液力耦合器中流动的全部工作介质流，可以围绕进入阀设置旁路，始终有部分工作介质通过所述旁路导入液力耦合器的工作介质输入器件中。

由此也按照专利文献de102006031814a1确保了液力机械至少尽可能地在所有运行范围中以相同的工作介质压力加载。

尽管所述液力机械至今在实际中满意地工作，但仍存在着提高效率的需求。

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种液力机械，所述液力机械在效率方面得到改善。

按照本发明的技术问题通过具有权利要求1的特征的液力机械(或液压机器)解决。在从属权利要求中给出了本发明的有利的和特别适宜的设计方案。

本发明一方面在于以下认知，即液力耦合器、尤其是例如设计为反向变矩器和尤其设计为可调式变矩器的液力变矩器的迄今的具有恒定的填充压力(或者说填充压、填充压强)的供给装置导致了效率方面的缺点。因此确定了，必要填充压力根据转速、尤其是从动转速、即与涡轮的转速而变化，和/或根据从动转矩、即与存在于涡轮上的转矩变化。迄今，填充压力被调节至最不利的工作点上并且在整个运行特征曲线中近似地保持恒定。与之对应的是工作介质泵的功率消耗在整个特征曲线中相对较高，所述功率消耗尤其与工作介质泵上的压力(或者说压强)差成正比。此外，在确定的运行状态中不必要的高填充压力导致工作介质从液力机械中、例如通过所述液力机械的密封装置的不必要的高的漏损，所述密封装置尤其设计为无接触的密封装置。最后在液力机械的特征曲线的较宽的区域中，多于必要的工作介质到达工作空间中并且从所述工作空间中流出，由此产生了比工作介质流更小时相对更低的流出温度。然而，为了实现尽可能高的效率追求尽可能高的、例如90℃、95℃或者更高的流出温度、即工作介质在液力机械的工作介质排出器件中的相应温度。

尤其当液力机械设计为可调式变矩器时，在从动转速最小并且从动扭矩最小时、也就是说在涡轮以相对较低的转速转动并且在所述涡轮处存在相对较低的扭矩、例如低于泵轮处的扭矩的一半的运行状态中、必要填充压力是最高的，在所述可调式变矩器中泵轮处的扭矩和涡轮处的扭矩的比是变化的并且能够通过设置相应的调节元件有针对性地调节或者改变。在液力变矩器的额定工作点必要填充压力是最低的，在所述额定工作点中尤其在涡轮上存在最大的从动转速和最大的从动扭矩。动压、即通过泵轮在液力变矩器的工作空间中产生的压力升高在额定工作点中最高并且在从动转速最小时最低。由此在恒定的填充压力下在额定工作点中产生高的漏泄并且在从动转速最小时产生少的漏泄。

泵轮和/或导轮可以用作变矩器的调节元件，方式是泵轮的叶片和/或导轮的叶片相对于工作空间中的工作介质的流动、即相对于工作空间中的工作介质循环的流动是能够调节的，方式是能够或多或少地逆着流动方向调节所述泵轮的叶片和/或导轮的叶片。

因此按照本发明设置调节阀，所述调节阀与液力机械在相应的工作点中的需求相应地调节流入压力。为此，相比于必要的流入压力相对更高的特征曲线区域，在必要的流入压力较低的特征曲线区域中将加载压力更小的工作介质通过工作介质输入器件导入工作空间中，并且从工作介质排出器件导出工作空间。由此能够一方面能够将尤其是机械地驱动的容积工作介质泵的泵效率最高的工作点或者额定工作点向泵上的更低的压力差移动，这使得泵的功率消耗相对更低。另一方面，更少的工作介质、尤其是油到达液力机械中，从而仅须在工作空间中加速更少的工作介质。此外，从工作空间中流出的工作介质、工作介质排出器件中的工作介质的温度上升，这对效率有积极的影响。

具体地，尤其是设计为液力变矩器、例如反向变矩器的液力机械具有能够由工作介质填充的工作空间，在所述工作空间中布置有至少一个安装有叶片的泵轮、尤其是确切的唯一一个安装有叶片的泵轮，和至少一个安装有叶片的涡轮、尤其是确切的唯一一个安装有叶片的涡轮，以便液力地将扭矩和/或驱动功率从泵轮传递至涡轮。

液力机械具有用于将工作介质输入工作空间的工作介质输入器件和用于将工作介质从工作空间中输出的工作介质排出器件。

按照本发明设置有调节阀，所述调节阀布置在工作介质输入器件中或者在用于工作介质的从工作介质输入器件分支的旁路中。所述旁路例如至少间接地或者直接地通入工作介质池、尤其是在将油用作工作介质时通入油池中。

通过调节阀能够通过调节用于流动通过所述调节阀的工作介质的流动横截面(或者说通流横截面)、而改变流入工作空间中的工作介质量。相应地，在流动横截面相对更大时比流动横截面相对更小时能够有更多工作介质流动通过调节阀。如果调节阀设置在旁路中，则在流动横截面相对更大时有相对更多的工作介质通过旁路从工作空间旁流过，从而导引经过工作空间的工作介质量相对更少。

按照本发明这样在工作介质输入器件和/或工作介质排出器件上连接和操作调节阀，使得能够与工作介质输入器件中的工作介质压力(或称为工作介质压、工作介质压强)相关地并且与工作介质排出器件中的工作介质压力相关地、变化地调节所述调节阀的流动横截面。

调节阀例如既连接在工作介质输入器件处也连接在工作介质排出器件处并且以工作介质压力加载，以便实现期望的流动横截面调节。由此通过以工作介质输入器件中的工作介质压力和工作介质排出器件中的工作介质压力加载调节阀实现了调节阀的流动横截面变化和调节。由此尤其可以舍弃对调节阀的电气的或者电子的控制并且仅机械地或者通过工作介质压力控制所述调节阀。

按照本发明的一种实施方式，调节阀布置在旁路中并且具有借助预紧元件预紧的阀体，所述阀体与用于限制和调节流动横截面的阀座配合作用。预紧元件这样设置在调节阀中，使得所述预紧元件沿着调节阀的关闭方向作用在阀体上。如果调节阀设置在工作介质输入器件中，则预紧元件可以在打开的意义上作用在阀体上。

阀体可以抵抗预紧元件的预紧力与工作介质输入器件中的工作介质压力相关地并且与工作介质排出器件中的工作介质压力相关地加载力。

优选至少在起动或者再起动液力机械之前能够变化地调节预紧元件的预紧力。例如设置有能调节的例如形式为调节螺钉或者类似装置的执行器，所述执行器是能操作的、尤其是能手动操作的，以便改变预紧元件的预紧力。

按照本发明的一种实施方式，预紧力既抵抗根据工作介质输入器件中的工作介质压力施加在阀体上的力，又抵抗根据工作介质排出器件中的工作介质压力施加在阀体上的力。

调节阀尤其具有第一工作介质接口、第二工作介质接口和工作介质流出口。第一工作介质接口工作介质导通地与工作介质输入器件连接，第二工作介质接口工作介质导通地与工作介质排出器件连接，并且第一工作介质接口经由能改变的流动横截面工作介质导通地与工作介质流出口连接。第一工作介质接口和第二工作介质接口分别与阀体上各自的或者共同的作用面工作介质导通地连接，以便抵抗预紧元件的预紧力以压力(或压强)加载阀体。

调节阀尤其设计为活塞阀，因此具有活塞作为阀体。

预紧元件例如可以设计为压力弹簧、尤其是螺旋压力弹簧。

压力弹簧例如作用在设计为活塞的阀体的第一侧上并且两个作用面或者共同的作用面设置在阀体的与所述第一侧相反的侧面上。

两个作用面相互间的面积比例如可以设计为：与工作介质输入器件连接的作用面与与工作介质排出器件连接的作用面的比优选在2.5至4.5的范围中。

预紧元件例如可以与驱动转速、变矩器尺寸和阀门参数(直径)相关地具有1000牛顿至20000牛顿的预紧力。按照本发明的一种实施方式，预紧元件的预紧力是液力机械的最大流入压或者液力机械的工作介质输入器件中的在额定工作点中的压强与作用面的乘积在设计点的或者所述乘积的调节值的1.1倍至2.0倍，所述作用面工作介质导通地与工作介质输入器件连接。

在调节阀的工作介质流出口中可以设置节流孔板，以便限制最大的流出的工作介质量。有利地在考虑液力机械在特征曲线内的损耗功率和工作介质泵在允许的温度方面的最大泵送量的情况下设计这种孔板，并且所述孔板可以具有针对液力机械过热的纯粹的保护功能。除了具有恒定的流动横截面的节流孔板之外，原则上也可以设置能调节的、尤其是能手动调节的节流阀。

调节阀的第一工作介质接口尤其具有比第二工作介质接口更大的流动横截面。工作介质尤其从第一工作介质接口通过调节阀的能改变的流动横截面流向工作介质流出口，而第二工作介质接口仅用于压力传递并且与第二工作介质接口相应地没有配设流出口。在第二工作介质接口中仅能够形成工作介质的静压。

预紧元件尤其这样设计或者预紧。使得所述预紧元件的弹力和通过两个工作介质接口输入的有效的工作介质压的压力在液力机械的从动转速较低时平衡。这意味着，通过预紧力设置最大的必要填充压。在液力机械的该工作点中，流出压尤其小于流入压。

如果液力机械的流出压与其上作用有第二工作接口的工作介质的从的乘积加上液力机械的填充压(流入压)与其上作用有来自第一工作介质接口的工作介质的相应作用面的乘积大于预紧元件的设置的预紧力，则调节阀打开并且工作介质流动经过工作空间、尤其是流入工作介质池中。因此填充压力降低并且由此液力机械之前的系统压力降低，直到形成平衡。

本发明特别有利地在形式为反向变矩器的液力机械中尤其是与机械地驱动的容积工作介质泵结合。

按照本发明的传动系相应地具有工作介质泵，所述工作介质泵以其背侧工作介质导通地连接在液力机械的工作介质接口上，以便为液力机械、尤其是液力变矩器供给加载压力的工作介质。工作介质泵还具有抽吸侧，所述抽吸侧直接地或者间接地与工作介质池、尤其是油池连接。旁路直接地或者间接地通入工作介质池中。

通过本发明能够通过合理地移动工作点降低工作介质泵上的压差实现泵的比迄今更低的功率消耗。在液力机械内的更高的工作介质温度可能导致更低的油黏度，由此改善液力特性并且提高效率。在工作空间内必须通过泵轮加速的工作介质的量更少，这同样对液力机械的效率产生有利的影响。

例如可以按照本发明的一种实施方式将液力机械、尤其是液力变矩器设置在传动装置的所谓的液力功率分支中，其中，所述传动结构还具有纯机械的功率分支，所述功率分支在从传动输入端向传动输出端的驱动功率传递方面与液力分支并列地布置。传动输入端例如可以是至少基本上以恒定的转速转动的输入轴，而构成传动输出端的输出轴能够以变化的转速驱动。术语“轴”在此已经应当被理解为，在此不一定是指圆柱形的实心轴或者空心轴，而是指所有适宜的能够转动的、构成相应的轴的元件。

例如在传动装置中设置有构造为行星齿轮传动装置的叠加传动装置，所述叠加传动装置包括齿圈、太阳轮、具有一个或者多个行星齿轮的行星齿轮架。液力变矩器尤其可以构造为反向变矩器，并且传动装置的输入轴可以与液力变矩器的泵轮和行星齿轮传动装置的第一元件直接连接。液力变矩器的涡轮则优选直接与行星齿轮传动装置的第二元件连接并且传动装置的输出轴与行星齿轮传动装置的第三元件连接。行星齿轮传动装置的第一元件例如是行星齿轮架，第二元件是行星齿轮传动装置的太阳轮并且第三元件是行星齿轮传动装置的齿圈。

在传递装置中优选设置唯一的行星齿轮传动装置。沿着驱动功率流的从行星齿轮传动装置向连接在传动装置之后的做功机械的方向尤其可以设置例如加快的变速装置。

液力变矩器的涡轮优选通过空心轴与行星齿轮传动装置的太阳轮连接并且传动装置的延伸通过所述空心轴的、可以由做功机械驱动的输入轴例如在行星齿轮传动装置的远离液力变矩器的一侧上与行星齿轮架连接。

按照一种实施方式，齿圈在行星齿轮传动装置的远离液力变矩器的一侧上至少间接地与驱动装置的输出轴连接。

齿圈、行星齿轮和太阳轮可以简单地设计为斜齿轮。

驱动机械例如可以构造为电动机。

做功机械例如是用于流体的输送装置、例如压缩机、泵或者离心泵。

以下根据实施例和附图示例性地描述本发明。

在附图中：

图1示出了形式为液力变矩器的具有按照本发明的调节阀的液力机械的实施例；

图2示出了具有按照本发明的液力机械的传动装置的实施例的示意性的运行视图；

图3示出了相对于图2变化的实施方式。

在图1中示例性地示出了液力机械，所述液力机械设计为液力变矩器的形式、在此设计为调节变矩器、尤其是反向变矩器的形式。在工作空间1中设置有安装有叶片的泵轮2，所述泵轮的泵叶片能够在工作空间1中通过轴横向于工作介质循环中的工作介质的流动方向或者与所述流动方向成角度地调节。调节例如通过调节环20实现。

在工作空间1中还沿着工作介质的流动方向在泵轮2或者所述泵轮的叶片之后设置有涡轮3的叶片，接着设置有导轮17或者所述导轮17的叶片，其中，所述导轮尤其是静止的。

工作介质通过工作介质输入器件4导引至工作空间1中并且通过工作介质排出器件5从所述工作空间1中导出。

液力机械具有与泵轮2机械地连接的驱动轴21以及与涡轮3机械地连接的从动轴22。驱动轴21和/或从动轴22原则上可以设计为实心轴或者设计为任何适宜形式的空心轴。

旁路7从工作介质输入器件4分支，所述旁路7通入工作介质池19中。工作介质排出器件5也可以通入工作介质池19中。

在旁路7中设置有调节阀6，所述调节阀6具有通过预紧元件8预紧的阀体9。预紧元件8的力如通过标有23的箭头表明的那样作用。

工作介质的压力与预紧元件8的力相反地作用在阀体9上，所述工作介质从工作介质入流口4输入调节阀6的第一工作介质接口11。该压力作用在阀体9的第一作用面14上，所述阀体9与阀座10共同调节调节阀的流动横截面。

阀体9还具有第二作用面15，从工作介质排出器件5通过第二工作介质接口12输入的工作介质的压力作用在所述第二作用面15上。由此合成的力也与预紧元件8的预紧力相反地、与作用在第一作用面14上的工作介质压力的力共同地作用，其中，合成的力由箭头24示出。

在所示的实施例中，预紧元件8的预紧力能够通过调节螺钉25可变地调节。

在调节阀6的工作介质流出口13中设置有节流孔板16，以便限制流动通过调节阀6并且由此流动经过工作空间1的工作介质的量，通过第一工作介质接口11输入的工作介质从所述工作介质流出口13流出。

借助工作介质泵18至少间接地将工作介质从油池19输送至液力机械中。由于不必始终将全部的工作介质量输送通过液力机械并且工作介质输入器件4中的工作介质压力可以降低至最小的必要的大小，因此至少在工作介质泵18工作的整个运行范围中观察、工作介质泵18的能量消耗或者功率消耗降低了。

在所示的实施例中，第一作用面14由圆面构成，而第二作用面15由环形面构成。然而这不是强制的。

此外，调节阀6呈现为活塞阀，其中，活塞与构成阀座10的壳体中的孔共同工作。然而在此也可以选择其它的实施方式。

图2示出了用于力传递的装置101，所述装置101将驱动设备102和做功机械103相互连接。装置101通过具有液力功率支路和与所述液力功率支路并列地设置的纯机械功率支路的传动装置构成。驱动设备102在此尤其可以设计为发动机、特别优选电动机。这在此处所示的结构中典型地提供恒定的转速，以所述转速驱动直接地或者必要时也通过未示出的传动级与所述驱动设备102连接的输入轴104。通过装置101驱动做功机械103，所述做功机械103构造为具有变化的转速的做功机械103。做功机械103尤其可以是压缩机或者压缩器、离心泵或者类似装置。所述做功机械在此处所示的实施例中通过圆柱齿轮传动装置105间接地与输出轴106连接。同样也可以考虑通过行星齿轮传动装置、圆锥齿轮传动装置或者类似装置的连接。用于力传递的装置101仅包括一个液力反向变矩器120，所述液力反向变矩器120的泵轮2直接与输入轴104连接。如对于反向变矩器120常见的那样，产生工作介质从泵轮2经由导轮17向涡轮3的流动，所述导轮17如箭头109标示的那样设计为能调节的。与之平行地，直接通过输入轴104机械地传递功率。两个功率分支则通过行星齿轮传动装置111再次汇聚并且共同到达输出轴106的区域中。

行星齿轮传动装置111具有齿圈112、太阳轮113以及多个布置在行星齿轮支架114(或称为行星架)上的行星齿轮。在此处所示的结构中，液力反向变矩器120的涡轮3通过空心轴116与行星齿轮传动装置111的太阳轮113直接连接。输入轴114穿过空心轴116在行星齿轮传动装置111的远离反向变矩器120的一侧上与行星齿轮架114连接并且由此与多个单独的转动的行星齿轮115连接。输出轴106又与行星齿轮传动装置111的齿圈112连接。

与输出轴106的期望的转速相应地、通过调节导轮17和/或调节液力反向变矩器120的工作介质的填充度、在液力的功率分支中实现功率传递并且由此实现从输入轴104向太阳轮113的功率传递。该通过液力的功率分支传递的功率则与直接机械地传递的功率的(通过行星齿轮架114输入的)主要部分相加、并且作为共同的功率经由齿圈112到达输出轴116。在此处所示的情况下，通过圆柱齿轮传动装置115以恒定的传动比驱动做功机械113。根据做功机械113的区域中的期望的瞬时转速相应地调节液力反向变矩器120，方式是调节导轮17和/或改变液力反向变矩器120中的工作介质的量。由此实现了输出转速调节至期望的转速值的非常好的可调节性。

在此能够实现特别紧凑并且相应较轻的构造，因为不需要固定传动装置、不必使用耦连套筒并且因为非常合理的转速能够使用相对较小的行星齿轮传动装置111。由于尤其能够将输入轴114支承在输出轴116上而产生了不会引起或者不会引起显著的沿着轴向作用在行星齿轮传动装置111的多个单独的元件112、113、115上的力的构造。由此可行的是，行星齿轮传动装置111的多个单独的元件112、113、115设计为简单的斜齿轮啮合，从而所述元件不仅由于其结构尺寸，而是也由于其构造类型能够相对简单地并且成本低廉地实现。

所述构造在总体上非常紧凑、轻并且由于零件的相对较少的数量能够简便地并且成本低廉地制造和装配。

按照图3的设计方案在支承方面相对于图2的设计方案变化。因此例如可以将承载涡轮3或者与所述涡轮3固定地连接的空心轴116通过轴承、例如球轴承、尤其是径向推力球轴承支承在传动装置壳体中。所述径向推力球轴承能够承受涡轮的轴向力。在所示的实施例中还为输入轴104设置有附加的轴向轴承121，并且为输出轴106设置有轴向轴承122。

太阳轮113和空心轴116可以通过不传递轴向力的齿式离合器连接。

做功机械103的轴向力优选通过圆柱齿轮传动装置105的双斜齿啮合的圆柱齿轮级105导入输出轴106的轴向齿轮122中。

行星齿轮传动装置111也优选配设双斜齿啮合，以便能够将轴向力传递至轴承中。

附图标记列表

1工作空间

2泵轮

3涡轮

4工作介质输入器件

5工作介质排出器件

6调节阀

7旁路

8预紧元件

9阀体

10阀座

11第一工作介质接口

12第二工作介质接口

13工作介质流出口

14作用面

15作用面

16节流孔板

17导轮

18工作介质泵

19工作介质池

20调节环

21驱动轴

22传动轴

23力

24力

25调节螺钉

101装置

102驱动设备

103做功机械

104输入轴

105圆柱齿轮传动装置

106输出轴

109可调节性的箭头

111行星齿轮传动装置

112齿圈

113太阳轮

114行星齿轮架

115行星齿轮

116空心轴

120反向变矩器

121轴向轴承

122轴向轴承