JP2004507687A - 流体力学的構成要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、次のような流体力学的構成要素（１）に関する。すなわちこの構成要素は、組み合わされて少なくとも１つの円環形作動室（５）を形成する２つの回転する羽根車、一次側羽根車（３）および二次側羽根車（４）と、円環形作動室への作動媒体の少なくとも１つの入口（１０）とを備える。作動室への上記入口は静圧の最も小さい領域に配置されている。またこの構成要素は、円環形作動室からの出口（２４）を少なくとも１つと、運転中に円環形作動室に生じる作動媒体循環（２２）と、作動室に割り当てられた閉回路（２１）と、出口と入口の間に配置された閉回路の外側部分（２３）とを備える。

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体力学的構成要素であって、具体的には請求項１の上位概念に記載の諸特徴を持つものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転する羽根車を少なくとも２つ持つ流体力学的構成要素は、流体継手または流体式回転数／トルク・コンバータとして作られており、通常はパワー・トレーンに用いられる。動力伝達は流体の力を介して行われる。この流体力学的構成要素は接続を開閉可能とすることができ、その場合、この開閉を充てんと排出によって実現することができる。流体継手の充てんは、円環形作動室の内側直径領域で、ポンプ・インペラとタービン・ランナの間の空隙に行われ、また可変充てん式継手として構成される場合は、ポンプ・インペラのすくい管を経由して、あるいはインペラ・ケーシングに対して行われる。しかし作動室を非常に迅速に充てんし、高い入力値を得るには、圧力のかかった作動媒体を作動室に入れて、作動室内に保持する必要があり、これには安全措置の追加が必要となる。
【０００３】
その他にわずかな抵抗で作動室に充てんする方法が知られており、この場合円環形作動室のコアに流入が行われる。これについては下記の印刷物を代表的なものとして参照されたい。
独国特許第７５５９３５号公報
独国特許第１７５０１９８号公開公報
独国特許第３２１１３３７号公開公報
【０００４】
これらの構成は、迅速な運転開始と高出力の伝達が可能であるにもかかわらず、その大きな欠点は、作動媒体を供給する際にたとえば酸素が同時に供給されることであって、これは運転状態に悪い影響を及ぼし、さらにはこれによって作動媒体充てん率が小さくなることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の流体力学的構成要素を発展させて、運転開始時に比較的迅速に高出力を受け取り、伝達できるようにすることである。これには、できるだけ迅速に高い作動媒体充てん率をもって、その流体力学的構成要素を運転できることが前提となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明による解決法の特徴を請求項１に挙げた。有利な発展形を従属請求項に記載した。
【０００７】
１つの流体力学的構成要素が、回転する２つの羽根車、一次側羽根車および二次側羽根車を備え、これらの羽根車が少なくとも１つの円環形作動室を形成し、この作動室に作動媒体の円環形作動室への入口を少なくとも１つ備える場合、この作動室への入口は静圧の最も小さい領域に配置される。この領域はコア領域とも呼ばれ、その位置は、円環形作動室のセンターライン直径ｄｍの範囲における、また一次側羽根車と二次側羽根車の分離面の領域における配置によって規定するか、あるいは別の方法として表面二等分線の直径によって規定することができる。
【０００８】
さらにこの流体力学的構成要素は１つの閉回路を備える。この閉回路は、円環形作動室からの出口および円環形作動室への入口と結合されている。円環形作動室においては、運転の間いわゆる作動媒体循環が生じる。出口と入口の間に位置する閉回路の部分は、外側部分とも呼ばれる。この解決法によって得られる利点は、作動媒体がつねに閉回路の中を導かれるので、たとえば酸素といったガスが追加されることなく、作動媒体が円環形作動室に供給されることである。さらには、この流体力学的構成要素、特に円環形作動室に対する作動媒体充てん率は、開放形回路を持つ解決法よりも高く、したがってここでは非常に迅速に高出力を受け取り、伝達することができる。
【０００９】
本発明による解決法から得られる利点は、圧力なしで作動媒体を円環形作動室に入れることができ、この流体力学的構成要素を運転するとき、特に羽根車の１つが回転するときも、作動媒体が作動室に残ることである。したがって流体継手に用いる場合、従来形の解決法と比べると、過剰圧力を準備する必要なしに、回転数比ν＝０で高いλＡ値を同時に得ることができる。
λ＝ｆ（ν）
ν＝η_Ｔ／η_Ｐ　ＶＤＩ２１５３に記載のもの
【００１０】
コア領域への入口は、回転する羽根車の１つ、一次側羽根車または二次側羽根車のブレード列における１つのブレードに設ける。この入口はブレード末端領域に配置するのが好ましい。しかしブレード付け根とブレード末端の間に配置することも考えられる。そのため少なくとも１つの流路を経由して、この入口を作動媒体供給室または充てん室と結合する。この流路は次のような配置とすることができる。
ａ）ブレード内に、すなわち流路の延長がブレードを通るように設ける。
ｂ）ブレード側面に設ける。
最後に挙げた例では、ブレードを流路と一体として形成するか、あるいは別個のエレメントをブレード側面に設けることができる。
【００１１】
作動媒体供給室または充てん室は、羽根車の外周に接して、半径方向においてセンターラインの直径ｄｍより下部に設けられる。この場合流路は、作動媒体供給室または充てん室から、ブレード列における１つのブレードにおいて羽根車の壁を通り、センターラインの直径ｄｍに向かって分離面領域に入り、ブレード末端に達する。
【００１２】
好ましい方法として多数の入口箇所を設け、そこに対応する個数の流路を取り付け、１つのリング状流路を介して個々の流路を互いに結合する。このリング状流路はその際供給室または充てん室を形成するのが好ましい。
【００１３】
１つまたは複数の流路が、円環形作動室を軸線方向に切る断面で見て、分離面に対して２０°から７０°の角度に配置されている。
【００１４】
コア・リング充てんの本発明による解決法は、ポンプ・インペラとして機能する一次側羽根車とタービン・ランナとして機能する二次側羽根車とを備える流体継手の形態、および一次側羽根車、二次側羽根車および少なくとも１つのステータを備える流体式回転数／トルク・コンバータの形態を取る流体力学的構成要素に適している。これは自動車のみならず、定置された設備にも用いることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による解決法を、下記に図面を用いて説明する。各図面の内容は次の通りである。
【００１６】
図１は、１つの流体力学的構成要素１を例に、円環形作動室５のコア領域６に充てんを行う本発明の原理を、図式的に簡単化して説明する。この構成要素は、回転する２つの羽根車、一次側羽根車３および二次側羽根車４からなり、これらの羽根車は組み合わされて少なくとも１つの円環形作動室５を形成する−を備える流体継手２の形態である。ここでコア領域６とは次のような領域をいう。すなわち、この流体継手２の横断面において円環形作動室５の中央に配置されている、あるいは換言すればその位置が、一次側羽根車３と二次側羽根車４の間の分離面７に当たる領域、しかも円環形作動室のセンターライン直径ｄｍの範囲で規定できる領域である。この流体継手２の一次側羽根車３は、ここには詳細を示さない駆動側８と結合され、他方で二次側羽根車４は従動側９と互いに回転しない状態で結合されている。自動車の駆動システムに使用するときは、この従動側９は、例えば流体継手２に後置されたシフト・ステップから形成される。駆動側８から従動側９に出力を伝達するとき、この一次側羽根車３はポンプ・インペラとして、二次側羽根車４はタービン・ランナとして機能する。
【００１７】
円環形作動室５には少なくとも１つの入口１０が設けられている。本発明では作動室５の入口１０が静圧の小さい領域、すなわちコア領域６に配置されている。入口１０はこの目的のため少なくとも１つの流路１１を介して充てん室１２と結合される。この充てん室は流体継手２に設けられたものであるが、半径方向に見て円環形作動室のセンターラインの直径ｄｍの範囲内にあるのが好ましい。好ましい方法としてこの充てん室１２を、円環形作動室の内側直径ｄｉの範囲に配置し、対応する作動媒体供給システム１３と結合する。充てん室１２はここに示す例ではすくい管１４を装備し、このすくい管は流れの方向に向きを合わせたブレード１５を備える。充てん室１２は円環形作動室６の外側に位置し、流路１１を介して入口１０と結合されている。流路１１はこの場合、一方の羽根車の壁１６を貫通し、２つの羽根車、一次側羽根車３または二次側羽根車４の一方のブレード列１８で１つのブレード１７を貫通して延びている。ここに示す例では好ましい方法として、コア領域６の充てんを、駆動側８と結合された一次側羽根車、すなわちポンプ・インペラ３を経由して行っている。充てん室１２から作動媒体を導く流路１１は、したがって一次側羽根車３、および一次側羽根車３のブレード列１８におけるブレード１７の壁１６を貫通して延びている。この場合円環形作動室５に対する充てん室１２の配置に応じて、コア領域６への流路１１を形成する。ここに示す例は１つの有利な実施形態を示し、この場合充てん室１２は、半径方向に見た円環形作動室のセンターラインの直径より下部に、好ましくは円環形作動室５の内側直径ｄｉの範囲に配置されるものとする。軸線方向においては、分離面７と、対応する羽根車ここでは一次側羽根車３の軸線方向における外側寸法との間の領域に、充てん室１２を配置する。このためここに示す例では、流路１１は２０°から７０°の角度に延びる方向に設けられることになる。ここでブレード列１８の１つのブレード１７を貫通する流路１１は、ブレード背面１９の領域に設けられるのが好ましい。この場合流路１１は、標準実施形態としてブレード列１８にいずれにせよ設けられている１つのブレード１７の中に取り付けるか、または特にその流路１１が設けられるブレードをその機能に対応する形態とし、そのブレードがブレード列１８のそのほかのブレードと異なる構成とすることができる。しかしこれは、実質的にはブレード列１８の個々のブレードで利用できる壁厚と、さらには対応する時間に充てんを行うため必要かつ供給されるべき流れ断面積とに依存することである。
【００１８】
本発明の特に有利な考え方では、コア領域６の入口１０を１つだけでなく、毎年の入口を複数設けるが、ここにはその詳細を図示しない。これら個々の入口は、それぞれ対応する流路１１を介して充てん室１２と結合されている。個々流路は、充てん室１２によって形成することができるリング状流路２０を介して、互いに結合されている。作動媒体、特にオイルまたは水継手の水は、圧力がかからないものとすることも、かかっているものとすることもできる。
【００１９】
１つの特に有利な実施形態の場合、コア領域６に充てんする本発明の解決法は、閉回路２１を持つ流体継手２に応用される。この閉回路２１は、円環形作動室５内で生じる作動媒体循環２２と、作動室５外部を導かれる部分２３とを含み、後者の部分は、円環形作動室５の入口１０および少なくとも１つの出口２４と、円環形作動室５から排出が行われた後に限って結合される。この閉回路２１は流体漏れしない構成となっており、図２に示すように節点箇所２５を介して、充てんおよび／または排出の手段２６、および閉回路２１内圧力のための制御圧を生じる手段２７と、選択的に結合可能である。この流体継手２はこの目的のために、一次側羽根車３に割り当てられたケーシング２８を備える。このケーシングは、一次側羽根車３と互いに回転しない状態で結合され、二次側羽根車４に対しては第１のシーリング手段２９を介して、また静止しているケーシング３０に対しては第２のシーリング手段３１を介してシールされている。流体漏れしない閉回路２１を設けるにはさらに、円環形作動室５からの出口２４と円環形作動室５への入口１０の間にある個々の接続パイプや流路を、同様に流体漏れしない構成とする必要がある。また円環形作動室を、周囲環境に対して流体漏れしない構成とする必要がある。これは通常、一次側羽根車３と二次側羽根車４との間の第３のシーリング手段３２を、分離面７の領域で、円環形作動室５の内側直径ｄｉの範囲内に設けることによって行う。このシール装置は同伴回転するシールであって、互いにシーリングが必要な個々のエレメントの間に相対運動があるため、このシールは無接触シール、好ましくはラビリンス・シールとして構成する。これは第１のシーリング手段２９、第２のシーリング手段３１、第３のシーリング手段３２に当てはまることである。この場合出口２４は、ケーシング２８とタービン・ランナの間の中間スペース３３に合流する。ケーシング２８はこの目的のため１つの中間壁を備え、この中間壁は一次側羽根車３と、さらにまたケーシング２８とも、互いに回転しない状態で結合されている。中間壁の通過口３４を経由して、インペラ・ケーシング３５に作動媒体を溢流させることができる。このシールと一次羽根車３外周とは、いわゆる背圧ポンプ・スペース３６の境界をなす。このスペースに、排出スペースから作動媒体を排出して、閉回路２１における作動媒体循環を維持する手段３７が、背圧ポンプ３８の形態で配置されている。このポンプは、閉回路２１の外側部分２３の構成要素である。
【００２０】
図２に示す流体継手の使用は、コア領域６への充てんの特に好ましい応用であるが、これと異なる実施形態も考えられる。さらに本発明による解決法は、流体継手の形態の流体力学的構成要素に限られず、流体式回転数／回転数コンバータにも応用できる。
【００２１】
本発明のもう１つの態様では有利な方法として、図１および２に記載の２つの実施形態に対し、両羽根車の一方、好ましくは一次側羽根車のブレード列１８に、いわゆる空気抜きブレード３９を設ける。この場合コア領域６から円環形作動室５外側のスペースへと空気抜きを行うが、これをたとえば図１および２の例では背圧ポンプ・スペース３６へと行う。空気抜きブレード３９はそれに対応する形態であって、好ましくはいわゆる空気抜き穴４０を備える。この空気抜き穴はブレード壁を通って、ブレード末端４１領域から、ブレード列１８のブレード付け根４２方向へと延びている。この場合空気抜き穴４０は、ブレード列１８の個々のブレードを通して直接中央に、あるいはブレード前面とブレード背面のどちらかに配置することができる。これは個々のケースでは、ブレード列１８のブレードの具体的設計、特にブレード厚さ、および使用される製造方法に依存することである。
【００２２】
本発明による解決法は、流体継手および流体式回転数／回転数コンバータの形態である流体力学的構成要素に対し、それが移動体、定置設備のいずれに用いられる場合でも使用できる。応用分野に制限はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体継手の一実施形態により、コア・リング充てんの原理を説明する図である。
【図２】本発明による解決法の特に有利な応用例を示す図である。
【符号の説明】
１　流体力学的構成要素
２　流体継手
３　一次側羽根車
４　二次側羽根車
５　円環形作動室
６　コア領域
７　分離面
８　駆動側
９　従動側
１０　入口
１１　流路
１２　充てん室
１３　作動媒体供給システム
１４　すくい管
１５　ブレード
１６　壁
１７　ブレード
１８　ブレード列
１９　ブレード背面
２０　リング状流路
２１　閉回路
２２　作動媒体循環
２３　閉回路の外側部分
２４　出口
２５　節点箇所
２６　充てんおよび／または排出手段
２７　閉回路２１内圧力に対する制御圧を生じる手段
２８　ケーシング
２９　第１のシーリング手段
３０　静止しているケーシング
３１　第２のシーリング手段
３２　第３のシーリング手段
３３　第１の中間スペース
３４　通過口
３５　インペラ・ケーシング
３６　背圧ポンプ・スペース
３７　作動媒体を排出し、閉回路中の作動媒体循環を得る手段
３８　制御圧ポンプ
３９　空気抜きブレード
４０　空気抜き穴
４１　ブレード末端
４２　ブレード付け根
ｄｍ　円環形作動室のセンターライン直径
ｄｉ　円環形作動室の内側直径

Claims (19)

1. 流体力学的構成要素（１）であって、
   組み合わされて少なくとも１つの円環形作動室（５）を形成する、２つの回転する羽根車、一次側羽根車（３）および二次側羽根車（４）と、
   前記円環形作動室（５）への作動媒体の少なくとも１つの入口（１０）と、を備える流体力学的構成要素において、
   前記作動室（５）への入口（１０）は静圧の最も小さい領域に配置され、
   前記円環形作動室（５）からの少なくとも１つの出口（２４）と、
   運転中に前記円環形作動室（５）に生じる作動媒体循環（２２）と、
   前記作動室に割り当てられた閉回路（２１）と、
   前記出口（２４）と前記入口（１０）の間に配置された前記閉回路（２１）の外側部分（２３）と、をさらに備える流体力学的構成要素。
2. コア領域（６）の位置は、前記円環形作動室のセンターライン直径ｄｍの範囲内における、また前記一次側羽根車（３）と前記二次側羽根車（４）間の分離面（７）領域における配置によって規定され、前記
   コア領域に前記入口（１０）が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の流体力学的構成要素（１）。
3. 前記コア領域（６）が前記作動室（５）の上面図における表面二等分線を中心とする直径によって規定されることを特徴とする、請求項２に記載の流体力学的構成要素（１）。
4. 前記コア領域（６）への入口（１０）が、該コア領域（６）内の、回転する羽根車の一方、前記一次側羽根車（３）または前記二次側羽根車（４）のブレード列（１８）における１つのブレード（１７）に配置されていることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
5. 前記入口（１０）がブレード末端（４１）の領域に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の流体力学的構成要素（１）。
6. 作動媒体供給室ないし充てん室（１２）を備え、および
   前記作動媒体供給室ないし前記充てん室（１２）は、流路（１１）を介して前記入口（１０）と結合されていることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載する流体力学的構成要素（１）。
7. 前記流路（１１）が前記ブレード列（１８）の１つのブレード（１７）に設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の流体力学的構成要素（１）。
8. 前記流路（１１）が前記ブレード列（１８）のブレード（１７）の側面に設けられていることを特徴とする、請求項６に記載の流体力学的構成要素（１）。
9. 前記作動媒体供給室ないし前記充てん室（１２）が、前記羽根車（３、４）の外周において、半径方向に見てセンターライン直径（ｄｍ）より下部にあり、および
   前記流路（１１）が前記作動媒体供給室ないし前記充てん室（１２）から、前記羽根車（３、４）の壁（１６）を自身のブレード列（１８）の１つのブレード（１７）において通過し、前記センターライン直径（ｄｍ）に向かって前記分離面（７）の領域に前記ブレード末端（４１）まで伸びることを特徴とする、請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
10. 多数の前記流路（１１）が割り当てられている多数の前記入口（１０）が設けられ、個々の流路（１１）は１つのリング状流路（２０）を介して互いに結合されていることを特徴とする、請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
11. 前記リング状流路（２０）は前記供給室ないし前記充てん室（１２）によって形成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の流体力学的構成要素（１）。
12. 前記円環形作動室（５）の軸線方向断面で見て、前記流路（１１）は前記分離面に対し２０°から７０°の角度を持って配置されていることを特徴とする、請求項６から請求項１１までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
13. 前記流体力学的構成要素が流体継手（２）として構成されており、ポンプ・インペラとして機能する１つの前記一次側羽根車（３）と、タービン・ランナとして機能する１つの前記二次側羽根車（４）とを備えることを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
14. 前記流体力学的構成要素が複動式継手として構成されており、２つの前記一次側羽根車と、２つの前記二次側羽根車とを備え、これらの羽根車が組み合わされて２つの前記円環形作動室を構成することを特徴とする、請求項１３に記載の流体力学的構成要素（１）。
15. 前記流体力学的構成要素が流体式回転数／トルク・コンバータとして構成されており、１つの前記一次側羽根車と、１つの前記二次側羽根車と、少なくとも１つのステータを備えることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
16. 前記閉回路（２１）が流体漏れのない構成になっていることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
17. 前記コア領域（６）への入口を備える前記ブレード（１７）は、それぞれ他方の羽根車を向く前記ブレード上端が、前記分離面（７）の領域まで延びることを特徴とする、請求項４から請求項１６までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）。
18. 請求項１から請求項１７までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）の、自動車の駆動システムへの使用。
19. 請求項１から請求項１８までのいずれか一項に記載の流体力学的構成要素（１）の、定置設備の駆動システムへの使用。