Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydrodynamische Maschine, insbesondere einen hydrodynamischen Wandler, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 .

Hydrodynamische Maschinen werden verwendet, um Antriebsleistung hydrodynamisch und verschleißfrei zu übertragen. Hierfür weisen hydrodynamische Maschinen wenigstens ein Pumpenrad und wenigstens ein Turbinenrad auf, die gemeinsam in einem mit Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum positioniert sind, sodass das Pumpenrad über eine hydrodynamische Kreislaufströmung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum das Turbinenrad antreibt, wobei Drehmoment und Antriebsleistung übertragen werden. Somit wandelt das Pumpenrad mechanische Antriebsleistung in Strömungsenergie beziehungsweise Strömungsleistung um und das Turbinenrad wandelt Strömungsenergie beziehungsweise Strömungsleistung wieder in mechanische Antriebsleistung um.

Das Arbeitsmedium, insbesondere Öl, hat die zusätzliche Aufgabe, die im Arbeitsraum entstehende Wärme aus dem Arbeitsraum abzuführen. Um einen bestmöglichen Wirkungsgrad erreichen zu können, werden beispielsweise bei einem hydrodynamischen Wandler, insbesondere Gegenlaufwandler, dessen Pumpenrad und Turbinenrad in entgegengesetzte Richtungen zueinander umlaufen, möglichst hohe Austrittstemperaturen des Arbeitsmediums, insbesondere von ca. 95° C, angestrebt. Die Arbeitsmediumerwärmung in der hydrodynamischen Maschine ist proportional zur Verlustleistung und umgekehrt proportional zu der Arbeitsmediummenge, die von einem Arbeitsmediumzulauf in den Arbeitsraum und aus diesem heraus über einen Arbeitsmediumauslass abgeführt wird. WO 2012/143123 A1 offenbart einen gattungsgemäßen hydrodynamischen Wandler, der als Gegenlaufwandler ausgeführt ist.

Ein solcher hydrodynamischer Wandler wird beispielsweise mittels einer Ölpumpe, allgemein Arbeitsmediumpumpe, mit Öl beziehungsweise Arbeitsmedium versorgt. Die Arbeitsmediumpumpe kann Bestandteil einer Arbeitsmediumversorgung, bei Öl Ölversorgung sein, bei welcher die Arbeitsmediumpumpe das Arbeitsmedium zumindest mittelbar oder unmittelbar aus einem Arbeitsmedium- oder Ölsumpf fördert und in den Arbeitsmediumzulauf des Wandlers speist. Der Wandler weist dabei einen erforderlichen Fülldruck auf, den die Arbeitsmediumpumpe entsprechend unter Leistungsaufnahme erzeugen muss. Bisher wird dabei vorgesehen, dass die Arbeitsmediumpumpe das Arbeitsmedium auf einen konstanten Druck fördert und dieses Arbeitsmedium über den Arbeitsmediumzulauf in den Arbeitsraum geleitet wird.

DE 10 2007 030 281 A1 offenbart eine hydrodynamische Kupplung mit einem Arbeitsraum und mit einem Nebenraum zur Aufnahme des nicht im Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmediums. Der Arbeitsraum und der Nebenraum sind miteinander über einen Zulaufkanal und über einen Rücklaufkanal strömungsleitend beziehungsweise arbeitsmediumleitend verbunden. Somit kann sich eine Kreislaufströmung zwischen dem Arbeitsraum und dem Nebenraum einstellen. Das Arbeitsmedium strömt aus dem Nebenraum über den Zulaufkanal in den Arbeitsraum und aus dem Arbeitsraum über den Rücklaufkanal wieder zurück in den Nebenraum. Um den Füllungsgrad des Arbeitsraumes einzustellen, ist der Strömungsquerschnitt für das Arbeitsmedium im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal gezielt veränderbar. Der Strömungsquerschnitt für Arbeitsmedium im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal kann beispielsweise dadurch veränderbar sein, dass ein Regelventil im Zulaufkanal und/oder im Rücklaufkanal vorgesehen ist, das beispielsweise als Magnetventil ausgeführt ist. Eine alternative Ausgestaltung sieht ein getaktetes Auf-Zu-Ventil vor. Gemäß einer Ausführungsform ist das Ventil als Wegeventil mit zwei Stellungen und drei Anschlüssen ausgeführt, wobei in einer Stellung der Zulaufkanal gesperrt und der Ablaufkanal mit dem Nebenraum verbunden wird, sodass der Füllungsgrad des Arbeitsraumes reduziert wird, und in einer anderen Stellung das Ventil eine Strömung von Arbeitsmedium aus dem Rücklaufkanal und aus dem Nebenraum in den Arbeitstraum ermöglicht. Das Ventil ist als extern ansteuerbares Regelventil ausgeführt. EP 0 427 589 A1 offenbart eine hydrodynamische Kupplung mit einem Zentrifugalventil, das bei Stillstand der hydrodynamischen Kupplung öffnet. Alternativ kann ein elektronisch gesteuertes Ventil vorgesehen sein.

US 2007/0292272 A1 offenbart einen Motor mit einer vertikal verlaufenden Kurbelwelle und einer vertikal verlaufenden Abtriebswelle unterhalb der Kurbelwelle. Ein Drehmomentwandler stellt eine Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle her.

DE 10 2006 031 814 A1 offenbart eine hydrodynamische Maschine, insbesondere eine hydrodynamische Kupplung, bei welcher im Arbeitsmediumeinlass ein Einlassventil vorgesehen ist, das zwei Schaltstellungen eines Ventilkörpers aufweist, nämlich eine erste Schaltstellung, in welcher das Einlassventil einen ersten Strömungsquerschnitt für das Arbeitsmedium freigibt, und ferner eine zweite Schaltstellung, in welcher das Einlassventil einen zweiten Strömungsquerschnitt für das Arbeitsmedium freigibt, wobei der zweite Strömungsquerschnitt kleiner als der erste Strömungsquerschnitt ist. Die jeweilige Schaltstellung des Ventilkörpers wird automatisch in Abhängigkeit des Druckes des Arbeitsmediums im oder am Einlassventil und/oder in Abhängigkeit der Druckd ifferenz des Arbeitsmediums über dem Einlassventil, also zwischen einem Arbeitsmediumzulauf und einem Arbeitsmediumablauf des Einlassventils eingestellt. Damit ist die hydrodynamische Kupplung in Ölsystemen mit variierendem Öldruck verwendbar, wobei das Einlassventil Öldruckschwankungen derart ausgleicht, dass die hydrodynamische Kupplung mehr oder minder mit demselben Arbeitsmediumdruck beaufschlagt wird. Um nicht den gesamten in die hydrodynamische Kupplung einfließenden Arbeitsmediumstrom entsprechend regeln zu müssen, kann um das Einlassventil herum ein Bypass vorgesehen sein, über welchen stets ein Teil des Arbeitsmediums in den Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Kupplung geleitet wird. Somit wird auch gemäß DE 10 2006 031 814 A1 sichergestellt, dass die hydrodynamische Maschine zumindest weitgehend in allen Betriebsbereichen mit demselben Arbeitsmediumdruck beaufschlagt wird.

Obwohl die genannten hydrodynamischen Maschinen bisher in der Praxis zufriedenstellend arbeiten, besteht ein Bedarf, den Wirkungsgrad zu steigern.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hydrodynamische Maschine anzugeben, die hinsichtlich des Wirkungsgrades verbessert ist. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine hydrodynamische Maschine mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. In den abhängigen Ansprüchen werden vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben. Der vorliegenden Erfindung liegt zum einen die Erkenntnis zugrunde, dass die bisherige Versorgung der hydrodynamischen Maschine, insbesondere eines hydrodynamischen Wandlers, der beispielsweise als Gegenlaufwandler und insbesondere als Stellwandler ausgeführt ist, mit einem konstanten Fülldruck zu Nachteilen hinsichtlich des Wirkungsgrades führt. So wurde festgestellt, dass der erforderliche Fülldruck in Abhängigkeit der Drehzahl, insbesondere der Abtriebsdrehzahl, das heißt der Drehzahl des Turbinenrades, und/oder in Abhängigkeit des Abthebsmomentes, das heißt des am Turbinenrad anliegenden Drehmomentes, variiert. Bisher wird der Fülldruck auf den ungünstigsten Betriebspunkt eingestellt und im gesamten Betriebskennfeld nahezu konstant gehalten. Dementsprechend ist die Aufnahmeleistung einer Arbeitsmediumpumpe, die sich insbesondere proportional zum Differenzdruck über der Arbeitsmediumpumpe verhält, im gesamten Kennfeld vergleichsweise hoch. Darüber hinaus führt ein in einem bestimmten Betriebszustand unnötig hoher Fülldruck zu einer unnötig hohen Leckage von Arbeitsmedium aus der hydrodynamischen Maschine, beispielsweise über deren Dichtungen, die insbesondere als berührungslose Dichtungen ausgeführt sind. Schließlich gelangt in einem weiten Bereich des Kennfeldes der hydrodynamischen Maschine mehr Arbeitsmedium in den Arbeitsraum und aus diesem heraus, als notwendig ist, wodurch sich vergleichsweise geringere Austrittstemperaturen als bei einer kleineren Arbeitsmediumdurchströmung einstellen. Um die bestmöglichen Wirkungsgrade zu erreichen, werden jedoch möglichst hohe Austrittstemperaturen, beispielsweise von 90° C, 95° C oder mehr angestrebt, also eine entsprechende Temperatur des Arbeitsmediums im Arbeitsmediumauslass der hydrodynamischen Maschine. Insbesondere, wenn die hydrodynamische Maschine als Verstellwandler ausgeführt ist, bei welchem das Verhältnis vom am Pumpenrad anliegenden Drehmoment und am Turbinenrad anliegenden Drehmoment variabel und gezielt einstellbar beziehungsweise veränderbar ist, indem ein entsprechendes Stellglied vorgesehen ist, ist der erforderliche Fülldruck bei minimalen Abtriebsdrehzahlen und minimalem Abtriebsmoment am höchsten, das heißt in einem Betriebszustand, bei welchem das Turbinenrad mit vergleichsweise geringer Drehzahl umläuft und am Turbinenrad ein vergleichsweise geringes Drehmoment, beispielsweise von weniger als die Hälfte des Drehmomentes am Pumpenrad anliegt. Im Nennpunkt des hydrodynamischen Wandlers, bei welchem insbesondere die maximale Abtriebsdrehzahl und das maximale Abtriebsmoment am Turbinenrad anliegt, ist der erforderliche Fülldruck am niedrigsten. Der dynamische Druck, also die Druckerhöhung im Arbeitsraum des hydrodynamischen Wandlers durch das Pumpenrad ist im Nennpunkt am höchsten und bei minimaler Abtriebsdrehzahl am geringsten. Hierdurch ergeben sich bei einem konstanten Fülldruck im Nennpunkt hohe Leckagen und bei minimaler Abtriebsdrehzahl geringe Leckagen.

Als Stellglied des Wandlers kann das Pumpenrad und/oder ein Leitrad wirken, indem nämlich die Schaufeln des Pumpenrades und/oder die Schaufeln des Leitrades gegenüber der Strömung des Arbeitsmediums im Arbeitsraum, also gegenüber der Strömung im Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum, verstellbar sind, indem sie mehr oder minder gegen die Strömungsrichtung anstellbar sind.

Gemäß der Erfindung ist daher ein Regelventil vorgesehen, das den Zulaufdruck entsprechend den Anforderungen der hydrodynamischen Maschine im jeweiligen Betriebspunkt einstellt. Hierfür wird in Kennfeldbereichen mit einem niedrigen erforderlichen Zulaufdruck weniger druckbeaufschlagtes Arbeitsmedium über den Arbeitsmediumzulauf in den Arbeitsraum und aus dem Arbeitsmediumauslass aus dem Arbeitsraum geleitet als in Kennfeldbereichen mit einem vergleichsweise höheren erforderlichen Zulaufdruck. Damit kann zum einen ein Betriebspunkt beziehungsweise Nennbetriebspunkt, in welchem der Pumpenwirkungsgrad maximal ist, einer insbesondere mechanisch angetriebenen volumetrischen Arbeitsmediumpumpe zu niedrigeren Differenzdrücken über der Pumpe verschoben werden, was eine vergleichsweise niedrigere Pumpenaufnahmeleistung zur Folge hat. Zum anderen gelangt weniger Arbeitsmedium, insbesondere Öl, in die hydrodynamische Maschine, sodass weniger Arbeitsmedium im Arbeitsraum beschleunigt werden muss. Ferner steigt die Temperatur des aus dem Arbeitsraum austretenden Arbeitsmediums, also des Arbeitsmed iums im Arbeitsmediumauslass, was einen positiven Effekt auf den Wirkungsgrad hat. Im Einzelnen weist eine hydrodynamische Maschine, die insbesondere als hydrodynamischer Wandler ausgeführt ist, beispielsweise als Gegenlaufwandler, einen mit einem Arbeitsmedium befüllbaren Arbeitsraum auf, in welchem wenigstens ein beschaufeltes Pumpenrad, insbesondere genau ein einziges beschaufeltes Pumpenrad, und wenigstens ein beschaufeltes Turbinenrad, insbesondere ein einziges beschaufeltes Turbinenrad, angeordnet sind, um Drehmoment und/oder Antriebsleistung hydrodynamisch vom Pumpenrad auf das Turbinenrad zu übertragen. Die hydrodynamische Maschine weist einen Arbeitsmediumzulauf zum Zuführen von Arbeitsmedium in den Arbeitsraum und einen Arbeitsmediumauslass zum Abführen von Arbeitsmedium aus dem Arbeitsraum auf. Erfindungsgemäß ist ein Regelventil vorgesehen, das im Arbeitsmediumzulauf oder in einem Bypass für Arbeitsmedium, der vom Arbeitsmediumzulauf abzweigt, vorgesehen ist. Der Bypass mündet beispielsweise zumindest mittelbar oder direkt in einem Arbeitsmediumsumpf, insbesondere Ölsumpf, wenn als Arbeitsmedium Öl verwendet wird.

Mit dem Regelventil ist die in den Arbeitsraum einströmende Arbeitsmediummenge durch Einstellen eines Strömungsquerschnittes für d urch das Regelventil strömendes Arbeitsmedium veränderbar. Dementsprechend kann bei einem vergleichsweise größeren Strömungsquerschnitt mehr Arbeitsmedium durch das Regelventil strömen als bei einem vergleichsweise kleineren Strömungsquerschnitt. Wenn dann das Regelventil in dem Bypass vorgesehen ist, strömt also bei dem vergleichsweise größeren Strömungsquerschnitt vergleichsweise mehr Arbeitsmedium durch den Bypass am Arbeitsraum vorbei, sodass die durch den Arbeitsraum geleitete Arbeitsmediummenge vergleichsweise geringer ist. Erfindungsgemäß ist das Regelventil derart am Arbeitsmediumzulauf und/oder Arbeitsmediumauslass angeschlossen und betätigt, dass der Strömungsquerschnitt des Regelventils in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumzulauf und in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumauslass variabel eingestellt wird.

Beispielsweise ist das Regelventil sowohl am Arbeitsmediumzulauf als auch am Arbeitsmediumauslass angeschlossen und mit dem Arbeitsmediumdruck beaufschlagt, um die gewünschte Strömungsquerschnitteinstellung zu erreichen. Somit erfolgt die Änderung beziehungsweise Einstellung des Strömungsquerschnitts des Regelventils durch die Beaufschlagung des Regelventils mit dem Arbeitsmediumdruck im Arbeitsmediumzulauf und dem Arbeitsmediumdruck im Arbeitsmediumauslass. Damit kann insbesondere auf eine elektrische oder elektronische Ansteuerung des Regelventils verzichtet werden und das Regelventil ausschließlich mechanisch beziehungsweise durch Arbeitsmediumdruck angesteuert werden.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Regelventil in dem Bypass angeordnet und weist einen mittels einem Vorspannelement vorgespannten Ventilkörper auf, der mit einem Ventilsitz zur Begrenzung und Einstellung des Strömungsquerschnittes zusammenarbeitet. Das Vorspannelement ist derart im Regelventil vorgesehen, dass es in einer Schließrichtung des Regelventils auf den Ventilkörper wirkt. Wenn das Regelventil im Arbeitsmediumzulauf vorgesehen ist, kann das Vorspannelement im Sinne eines Öffnens auf den Ventilkörper wirken.

Der Ventilkörper kann nun entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelementes in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumzulauf und in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumauslass kraftbeaufschlagt werden. Die Vorspannkraft des Vorspannelementes ist bevorzugt, zumindest vor der Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme der hydrodynamischen Maschine, variabel einstellbar. Beispielsweise ist ein verstellbarer Aktuator, zum Beispiel in Form einer Einstellschraube oder dergleichen, vorgesehen, der betätigbar ist, insbesondere manuell betätigbar ist, um die Vorspannkraft des Vorspannelementes zu verändern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wirkt die Vorspannkraft entgegen sowohl einer Kraft, die auf den Ventilkörper in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumzulauf aufgebracht wird, als auch entgegen einer Kraft, die auf den Ventilkörper in Abhängigkeit des Arbeitsmediumdruckes im Arbeitsmediumauslass aufgebracht wird.

Insbesondere weist das Regelventil einen ersten Arbeitsmediumanschluss, einen zweiten Arbeitsmediumanschluss und einen Arbeitsmediumablauf auf. Der erste Arbeitsmediumanschluss ist arbeitsmediumleitend mit dem Arbeitsmediumzulauf verbunden, der zweite Arbeitsmediumanschluss ist arbeitsmediumleitend mit dem Arbeitsmediumauslass verbunden und der erste Arbeitsmediumanschluss ist über den veränderbaren Strömungsquerschnitt arbeitsmediumleitend mit dem Arbeitsmediumablauf verbunden. Der erste Arbeitsmediumanschluss und der zweite Arbeitsmediumanschluss sind jeweils mit einer eigenen oder mit einer gemeinsamen Wirkfläche am Ventilkörper arbeitsmediumleitend verbunden, um den Ventilkörper entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelementes druckzubeaufschlagen.

Insbesondere ist das Regelventil als Kolbenschieberventil ausgeführt, weist demnach einen Kolben als Ventilkörper auf.

Das Vorspannelement kann beispielsweise als Druckfeder ausgeführt sein, insbesondere als Spiraldruckfeder. Beispielsweise greift die Druckfeder auf einer ersten Seite des als Kolben ausgeführten Ventilkörpers an und die beiden Wirkflächen oder die gemeinsame Wirkfläche ist/sind auf einer hierzu entgegengesetzten Seite des Ventil körpers vorgesehen.

Das Flächenverhältnis der beiden Wirkflächen zueinander kann beispielsweise wie folgt ausgeführt sein: Das Verhältnis der Wirkfläche, mit welcher der Arbeitsmediumzulauf verbunden ist, zu der Wirkfläche, mit welcher der Arbeitsmediumauslass verbunden ist, liegt vorzugsweise im Bereich von 2,5 bis 4,5.

Das Vorspannelement kann beispielsweise eine Vorspannkraft zwischen 1000 und 20.000 Newton aufweisen, abhängig von Antriebsdrehzahl, Wandlergröße und Ventilparameter (Durchmesser). Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Vorspannkraft des Vorspannelementes das 1 ,1 -fache bis 2,0-fache im Auslegungspunkt beziehungsweise des Einstellwertes des Produktes des maximalen Zulaufdrucks der hydrodynamischen Maschine oder des Druckes im Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Maschine im Nennbetriebspunkt multipliziert mit der Wirkfläche, die arbeitsmediumleitend mit dem Arbeitsmediumzulauf verbunden ist.

Im Arbeitsmediumablauf des Regelventils kann eine Drosselblende vorgesehen sein, um die maximal abströmende Arbeitsmediummenge zu begrenzen. Ein e solche Blende ist dann vorteilhaft unter Berücksichtigung der Verlustleistung der hydrodynamischen Maschine innerhalb des Kennfeldes und der maximalen Pumpenfördermenge einer Arbeitsmediumpumpe hinsichtlich zulässiger Temperaturen auszulegen und kann eine reine Schutzfunktion gegen Überhitzung der hydrodynamischen Maschine aufweisen. Anstelle einer Drosselblende mit konstantem Strömungsquerschnitt könnte prinzipiell auch eine einstellbare, insbesondere manuell einstellbare, Drossel vorgesehen sein. Der erste Arbeitsmediunnanschluss des Regelventils weist insbesondere einen größeren Strömungsquerschnitt als der zweite Arbeitsmediumanschluss auf. Insbesondere strömt das Arbeitsmedium vom ersten Arbeitsmediumanschluss durch den veränderbaren Strömungsquerschn itt des Regelventils zum Arbeitsmediumablauf, wohingegen der zweite Arbeitsmediumanschluss nur zur Druckübertragung dient und dem zweiten Arbeitsmediumanschluss entsprechend kein Ablauf zugeordnet ist. Vielmehr kann sich im zweiten Arbeitsmediumanschluss nur ein statischer Druck des Arbeitsmediums aufbauen.

Das Vorspannelement ist insbesondere derart ausgelegt beziehungsweise vorgespannt, dass die elastische Kraft des Vorspannelementes und die Druckkraft des über die beiden Arbeitsmediumanschlüsse zugeführten wirksamen Arbeitsmediumdruckes bei niedriger Abtriebsdrehzahl der hydrodynamischen Maschine im Gleichgewicht sind. Das bedeutet, über die Vorspannkraft wird der maximal erforderliche Fülldruck eingestellt. In diesem Betriebspunkt der hydrodynamischen Maschine ist der Auslassdruck insbesondere kleiner als der Zulaufdruck. Ist der Auslassdruck der hydrodynamischen Maschine multipliziert mit der Wirkfläche, über welche das Arbeitsmedium des zweiten Arbeitsmediumanschlusses wirkt, addiert zu dem Fülldruck (Zulaufdruck) der hydrodynamischen Maschine multipliziert mit entsprechend der Wirkfläche, auf welche der Arbeitsmediumdruck aus dem ersten Arbeitsmediumanschluss wirkt, größer als die eingestellte Vorspannkraft des Vorspannelementes, so öffnet das Regelventil und Arbeitsmedium strömt am Arbeitsraum vorbei, insbesondere in den Arbeitsmediumsumpf. Infolge dessen sinkt der Fülldruck und damit der Systemdruck vor der hydrodynamischen Maschine so lange ab, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einer hydrodynamischen Maschine in Form eines Gegenlaufwandlers, insbesondere kombiniert mit einer mechanisch angetriebenen volumetrischen Arbeitsmediumpumpe. Ein erfindungsgemäßer Antriebsstrang weist dementsprechend eine Arbeitsmediumpumpe auf, welche mit ihrer Druckseite arbeitsmediumleitend am Arbeitsmediumzulauf der hydrodynamischen Maschine angeschlossen ist, um die hydrodynamische Maschine, insbesondere den hydrodynamischen Wandler, mit druckbeaufschlagtem Arbeitsmedium zu versorgen. Die Arbeitsmediumpumpe weist ferner eine Saugseite auf, die unmittelbar oder mittelbar an einem Arbeitsmediumsumpf, insbesondere Ölsumpf, angeschlossen ist. Der Bypass mündet unmittelbar oder mittelbar im Arbeitsmediumsumpf. Durch die Erfindung kann eine niedrigere Pumpenaufnahmeleistung als bisher durch den reduzierten Differenzdruck über der Arbeitsmediumpumpe mit einer günstigen Verschiebung des Betriebspunktes der Pumpe erreicht werden. Höhere Arbeitsmediumtemperaturen innerhalb der hydrodynamischen Maschine können zu geringeren Ölviskositäten führen, wodurch die hydrodynamischen Eigenschaften verbessert werden und der Wirkungsgrad gesteigert wird. Die geringere Arbeitsmediummenge, die innerhalb des Arbeitsraums durch das Pumpenrad beschleunigt werden muss, wirkt sich ebenfalls günstig auf den Wirkungsgrad der hydrodynamischen Maschine aus. Beispielsweise kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die hydrodynamische Maschine, insbesondere der hydrodynamische Wandler, in einem sogenannten hydrodynamischen Leistungszweig eines Getriebes vorgesehen sein, wobei das Getriebe ferner einen rein mechanischen Leistungszweig aufweist, der hinsichtlich der Antriebsleistungsübertragung von einem Getriebeeingang zu einem Getriebeausgang parallel zu dem hydrodynamischen Zweig angeordnet ist. Bei dem Getriebeeingang kann es sich beispielsweise um eine Eingangswelle handeln, die zumindest im Wesentlichen mit konstanter Drehzahl umläuft, wohingegen eine den Getriebeausgang bildende Ausgangswelle mit variabler Drehzahl antreibbar ist. Dabei ist der Begriff Welle breit zu verstehen, sodass es sich hier nicht um eine zylindrische Vollwelle oder Hohlwelle handeln muss, sondern jedes geeignete Element, das umlaufen kann, die entsprechende Welle ausbilden kann.

Beispielweise ist in dem Getriebe ein als Planetengetriebe ausgebildetes Überlagerungsgetriebe vorgesehen, umfassend ein Hohlrad, ein Sonnenrad sowie einen Planetenträger mit einem oder mehreren Planeten. Der hydrodynamische Wandler kann insbesondere als Gegenlaufwandler ausgebildet sein, und die Eingangswelle des Getriebes kann mit einem Pumpenrad des hydrodynamischen Wandlers und einem ersten Element des Planetengetriebes direkt verbunden sein. Das Turbinenrad des hydrodynamischen Wandlers ist dann bevorzugt direkt mit einem zweiten Element des Planetengetriebes verbunden und die Ausgangswelle des Getriebes ist mit einem dritten Element des Planetengetriebes verbunden. Das erste Element des Planetengetriebes ist beispielsweise der Planetenträger, das zweite Element das Sonnenrad des Planetengetriebes und das dritte Element das Hohlrad des Planetengetriebes.

Bevorzugt ist ein einziges Planetengetriebe in dem Getriebe vorgesehen. In Richtung des Antriebsleistungsflusses vom Planetengetriebe zu einer dem Getriebe nachgeschalteten Arbeitsmaschine kann insbesondere eine Übersetzung, beispielsweise ins Schnelle, vorgesehen sein.

Das Turbinenrad des hydrodynamischen Wandlers ist bevorzugt über eine Hohlwelle mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden und eine durch die Hohlwelle verlaufende Eingangswelle des Getriebes, die von einer Antriebsmaschine angetrieben werden kann, ist beispielsweise auf der dem hydrodynamischen Wandler abgewandten Seite des Planetengetriebes mit dem Planetenträger verbunden.

Gemäß einer Ausführungsform ist das Hohlrad auf der dem hydrodynamischen Wandler abgewandten Seite des Planetengetriebes zumindest mittelbar mit der Ausgangswelle des Getriebes verbunden.

Das Hohlrad, die Planeten und das Sonnenrad können einfach schrägverzahnt ausgeführt sein.

Die Antriebsmaschine kann beispielsweise als Elektromotor ausgebildet sein.

Bei der Arbeitsmaschine handelt es sich beispielsweise um eine Fördereinrichtung für ein Fluid, beispielsweise einen Verdichter, eine Pumpe oder eine Kreiselpumpe.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer hydrodynamischen Maschine in

Form eines hydrodynamischen Wandlers mit einem erfindungsgemäßen Regelventil;

Figur 2 eine schematische Getriebedarstellung eines

Ausführungsbeispiels für ein Getriebe mit einer erfindungsgemäßen hydrodynamischen Maschine; Figur 3 eine gegenüber der Figur 2 abgewandelte Ausführungsform. In der Figur 1 ist eine hydrodynamische Maschine exemplarisch dargestellt, die in Form eines hydrodynamischen Wandlers, hier Stellwandlers, insbesondere Gegenlaufwandlers, ausgeführt ist. Im Arbeitsraum 1 ist ein beschaufeltes Pumpenrad 2 vorgesehen, dessen Pumpenschaufeln über eine Achse quer oder winklig zur Strömungsrichtung des Arbeitsmediums in einem Arbeitsmediumkreislauf im Arbeitsraum 1 verstellbar sind. Die Verstellung erfolgt beispielsweise über einen Verstellring 20.

Im Arbeitsraum 1 sind ferner in Strömungsrichtung des Arbeitsmediums hinter dem Pumpenrad 2 beziehungsweise dessen Schaufeln die Schaufeln eines Turbinenrades 3 vorgesehen, gefolgt von einem Leitrad 17 beziehungsweise dessen Schaufeln, wobei das Leitrad insbesondere stationär ist.

Arbeitsmedium wird in den Arbeitsraum 1 über den Arbeitsmediumzulauf 4 geleitet und aus dem Arbeitsraum 1 über den Arbeitsmediumauslass 5 abgeführt.

Die hydrodynamische Maschine weist eine Antriebswelle 21 auf, die mechanisch mit dem Pumpenrad 2 verbunden ist, sowie eine Abtriebswelle 22, die mechanisch mit dem Turbinenrad 3 verbunden ist. Die Antriebswelle 21 und/oder die Abtriebswelle 22 können prinzipiell als Vollwelle oder als jede geeignete Art von Hohlwelle ausgeführt sein.

Vom Arbeitsmediumzulauf 4 zweigt ein Bypass 7 ab, der in einem Arbeitsmediumsumpf 19 mündet. Auch der Arbeitsmediumauslass 5 kann in dem Arbeitsmediumsumpf 19 münden.

Im Bypass 7 ist ein Regelventil 6 vorgesehen, das einen mit einem Vorspannelement 8 vorgespannten Ventilkörper 9 aufweist. Die Kraft des Vorspannelementes 8 wirkt wie durch den mit 23 bezeichneten Pfeil angedeutet. Entgegengesetzt zur Kraft des Vorspannelementes 8 wirkt auf den Ventilkörper 9 ein Druck des Arbeitsmediums, das einem ersten Arbeitsmediumanschluss 1 1 des Regelventils 6 aus dem Arbeitsmediumzulauf 4 zugeführt wird. Dieser Druck wirkt auf eine erste Wirkfläche 14 des Ventilkörpers 9, der zusammen mit einem Ventilsitz 10 den Strömungsquerschnitt des Regelventils einstellt.

Der Ventilkörper 9 weist ferner eine zweite Wirkfläche 15 auf, auf welche der Druck des über den zweiten Arbeitsmediumanschluss 12 zugeführten Arbeitsmediums aus dem Arbeitsmediumauslass 5 wirkt. Auch die hieraus resultierende Kraft wirkt entgegen der Vorspannkraft des Vorspannelementes 8, zusammen mit der Kraft des auf die erste Wirkfläche 14 wirkenden Arbeitsmediumdruckes, wobei die resultierende Kraft durch den Pfeil 24 gezeigt ist.

Die Vorspannkraft des Vorspannelementes 8 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Einstellschraube 25 variabel einstellbar.

Im Arbeitsmediumablauf 13 des Regelventils 6, aus welchem das über den ersten Arbeitsmediumanschluss 1 1 zugeführte Arbeitsmedium abströmt, ist eine Drosselblende 16 vorgesehen, um die Menge des durch das Regelventil 6 und damit am Arbeitsraum 1 vorbeiströmenden Arbeitsmediums zu begrenzen.

Das Arbeitsmedium wird mittels der Arbeitsmediumpumpe 18 zumindest mittelbar aus dem Ölsumpf 19 in die hydrodynamische Maschine gefördert. Aufgrund dessen, dass nicht stets die gesamte Arbeitsmediummenge durch die hydrodynamische Maschine gefördert werden muss und der Arbeitsmediumdruck im Arbeitsmediumzulauf 4 auf die minimal notwendige Höhe reduziert werden kann, ist die Energieaufnahme beziehungsweise Leistungsaufnahme der Arbeitsmediumpumpe 18 reduziert, zumindest betrachtet über den gesamten Betriebsbereich, in welchem die Arbeitsmediumpumpe 18 arbeitet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die erste Wirkfläche 14 durch eine Kreisfläche gebildet, wohingegen die zweite Wirkfläche 15 durch eine Ringfläche gebildet wird. Dies ist jedoch nicht zwingend.

Ferner ist das Regelventil 6 als Kolbenschieberventil dargestellt, wobei der Kolben mit Bohrungen in einem Gehäuse zusammenarbeitet, welches den Ventilsitz 10 ausbildet. Auch hier könnte jedoch eine andere Ausführungsform gewählt werden.

In der Figur 2 ist eine Vorrichtung 101 zur Kraftübertragung dargestellt, welche ein Antriebsaggregat 102 und eine Arbeitsmaschine 103 miteinander verbindet. Die Vorrichtung 101 wird durch ein Getriebe mit einem hydrodynamischen Leistungszweig und einem parallel hierzu vorgesehenen rein mechanischen Leistungszweig gebildet. Das Antriebsaggregat 102 kann dabei insbesondere als Motor, besonders bevorzugt als Elektromotor ausgebildet sein. Dies liefert bei dem hier dargestellten Aufbau typischerweise eine konstante Drehzahl, mit welcher es eine direkt oder gegebenenfalls auch über eine nicht dargestellte Getriebestufe mit diesem verbundene Eingangswelle 104 antreibt. Über die Vorrichtung 101 wird dann die Arbeitsmaschine 103 angetrieben, welche als Arbeitsmaschine 103 mit variabler Drehzahl ausgebildet ist. Die Arbeitsmaschine 103 kann insbesondere ein Verdichter beziehungsweise ein Kompressor, eine Kreiselpumpe oder Ähnliches sein. Sie ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel über ein Stirnradgetriebe 105 mittelbar mit einer Ausgangswelle 106 verbunden. Eine Verbindung über ein Planetengetriebe, Kegelradgetriebe oder Ähnliches wäre ebenso denkbar. Die Vorrichtung 101 zur Kraftübertragung umfasst nun einen hydrodynamischen Gegenlaufwandler 120, dessen Pumpenrad 2 unmittelbar mit der Eingangswelle 104 verbunden ist. Wie für einen Gegenlaufwandler 120 typisch, entsteht eine Strömung des Arbeitsmediums von dem Pumpenrad 2 über ein Leitrad 17, welches, wie durch den Pfeil 109 gekennzeichnet, verstellbar ausgeführt ist, auf ein Turbinenrad 3. Parallel dazu wird die Leistung über die Eingangswelle 104 mechanisch direkt übertragen. Die beiden Leistungszweige werden dann durch ein Planetengetriebe 1 1 1 wieder zusammengeführt und gelangen gemeinsam in den Bereich der Ausgangswelle 106.

Das Planetengetriebe 1 1 1 weist ein Hohlrad 1 12, ein Sonnenrad 1 13 sowie mehrere auf einem Planetenträger 1 14 angeordnete Planeten 1 15 auf. Bei dem hier dargestellten Aufbau wird nun das Turbinenrad 3 des hydrodynamischen Gegenlaufwandlers 120 über eine Hohlwelle 1 16 mit dem Sonnenrad 1 13 des Planetengetriebes 1 1 1 direkt verbunden. Durch die Hohlwelle 1 16 hindurch ist die Eingangswelle 1 14 auf der dem Gegenlaufwandler 120 abgewandten Seite des Planetengetriebes 1 1 1 mit dem Planetenträger 1 14 und damit mit den einzelnen umlaufenden Planeten 1 15 verbunden. Die Ausgangswelle 106 ist wiederum mit dem Hohlrad 1 12 des Planetengetriebes 1 1 1 verbunden.

Entsprechend der gewünschten Drehzahl oder Ausgangswelle 106 wird nun durch eine Einstellung des Leitrads 17 und/oder des Füllgrads des hydrodynamischen Gegenlaufwandlers 120 mit Arbeitsmedium eine entsprechende Leistungsübertragung in dem hydrodynamischen Leistungszweig und damit von der Eingangswelle 1 14 auf das Sonnenrad 1 13 erreicht. Diese über den hydrodynamischen Leistungszweig übertragene Leistung wird dann mit dem über die Planetenträger 1 14 eingetragenen Hauptteil der Leistung, welche direkt mechanisch übertragen wird, summiert und gelangt als gemeinsame Leistung über das Hohlrad 1 12 zur Ausgangswelle 1 16. In dem hier dargestellten Fall wird die Arbeitsmaschine 1 13 dann über das Stirnradgetriebe 1 15 mit konstanter Übersetzung angetrieben. Je nach gewünschter momentaner Drehzahl im Bereich der Arbeitsmaschine 1 13 wird der hydrodynamische Gegenlaufwandler 120 entsprechend verstellt, indem das Leitrad 17 verstellt und/oder die Menge an Arbeitsmedium in dem hydrodynamischen Gegenlaufwandler 120 variiert wird. Dadurch wird eine sehr gute Regelbarkeit der Ausgangsdrehzahl auf den gewünschten Drehzahlwert erzielt.

Der Aufbau lässt sich dabei außerordentlich kompakt und entsprechend leicht realisieren, da kein Standgetriebe benötigt wird, keine Koppelhülse verwendet werden muss und da aufgrund der sehr günstigen Drehzahlen ein vergleichsweise kleines Planetengetriebe 1 1 1 eingesetzt werden kann. Aufgrund der Möglichkeiten zur Lagerung insbesondere der Eingangswelle 1 14 auf der Ausgangswelle 1 16 entsteht ein Aufbau, welcher keine oder keine nennenswerten Kräfte in axialer Richtung auf die einzelnen Elemente 1 12, 1 13, 1 15 des Planetengetriebes 1 1 1 verursacht. Damit ist es möglich, die einzelnen Elemente 1 12, 1 13, 1 15 des Planetengetriebes 1 1 1 in einfacher Schrägverzahnung auszuführen, sodass diese nicht nur aufgrund ihrer Baugröße, sondern auch aufgrund ihrer Bauart vergleichsweise einfach und kostengünstig realisiert werden können.

Der Aufbau ist insgesamt sehr kompakt, leicht und kann aufgrund der vergleichsweise geringen Anzahl an Einzelelementen einfach und kostengünstig hergestellt und montiert werden.

Die Ausgestaltung gemäß der Figur 3 ist hinsichtlich der Lagerung gegenüber der Ausgestaltung der Figur 2 geändert. So kann beispielsweise die Hohlwelle 1 16, welche das Turbinenrad 3 trägt beziehungsweise an diesem drehfest angeschlossen ist, über Lager, beispielsweise Kugellager, insbesondere Schrägkugellager, im Getriebegehäuse gelagert sein. Diese können Axialkräfte der Turbine aufnehmen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner ein zusätzliches Axiallager 121 für die Eingangswelle 104 vorgesehen, sowie ein Axiallager 122 für die Ausgangswelle 106. Das Sonnenrad 1 13 und die Hohlwelle 1 16 können über eine Zahnkupplung verbunden sein, die keine Axialkraft überträgt. Axialkräfte der Arbeitsmaschine 1 03 werden bevorzugt über eine doppelschrägverzahnte Stirnradstufe des Stirnradgetriebes 105 in das Axiallager 122 der Ausgangswelle 106 geleitet.

Auch das Planetengetriebe 1 1 1 ist bevorzugt mit einer Doppelschrägverzahnung versehen, um die Axialkräfte in die Lager übertragen zu können.

Bezugszeichenliste

1 Arbeitsraum

2 Pumpenrad

3 Turbinenrad

4 Arbeitsmediumzulauf

5 Arbeitsmediumauslass

6 Regelventil

7 Bypass

8 Vorspannelement

9 Ventil körper

10 Ventilsitz

1 1 erster Arbeitsmediumanschluss

12 zweiter Arbeitsmediumanschluss

13 Arbeitsmediumablauf

14 Wirkfläche

15 Wirkfläche

16 Drosselblende

17 Leitrad

18 Arbeitsmediumpumpe

19 Arbeitsmediumsumpf

20 Verstellring

21 Antriebswelle

22 Abtriebswelle

23 Kraft

24 Kraft

25 Einstellschraube

101 Vorrichtung

102 Antriebsaggregat

103 Arbeitsmaschine

104 Eingangswelle 105 Stirnradgetriebe

106 Ausgangswelle

109 Pfeil der Verstellbarkeit

111 Planetengetriebe

112 Hohlrad

113 Sonnenrad

114 Planetenträger

115 Planet

116 Hohlwelle

120 Gegenlaufwandler

121 Axiallager

122 Axiallager