液力变矩器和用于这种变矩器的调整装置

摘要

本发明涉及一种液力变矩器，具有工作室(10)、泵轮(11)、涡轮(13)、导轮(14)和至少一个调节叶片(15)，所述工作室(10)能够被运行介质流过，所述泵轮(11)与驱动轴(12)相连，所述涡轮(13)与输出轴相连，所述调节叶片(15)能通过调整装置(16)被调节。为了提供一种紧凑结构的坚固的液力变矩器，该液力变矩器具有低磨损的用于调节至少一个调节叶片的调整装置，在此规定，所述调整装置(16)具有带有多个环形件(18、19)的伺服驱动装置(17)，这些环形件(18、19)分别相对于所述驱动轴(12)同轴地布置，其中，第一环形件(18)与至少一个调节叶片(15)相连，用于至少间接地通过转向装置(20)传递调节力或调节力矩，并且所述第一环形件(18)相对于第二环形件(19)在驱动轴(12)的周向上可转动。

说明书

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的技术特征的液力变矩器 以及一种用于这种变矩器的调整装置，按本发明类型的变矩器例如在专利文 献US3,151,457中已知。

液力变矩器或变扭器具有至少三个叶轮，也就是泵轮、涡轮和导轮，它 们将在工作室内环绕的流体转向。这种基本结构形式被称作单级。变矩器具 有可以改变区域内的循环流动的装置，因此，它是可被影响的变矩器。这种 变矩器的一个例子是调节变矩器，它的叶片可以从外侧被调节。

与驱动装置耦连的泵轮将由驱动装置产生的泵轮转矩传递给在工作室 中流动的运行介质。运行介质将力矩传递给与输出装置耦连的涡轮。附加地， 通过工作室内的且与壳体固定连接的导轮和导轮的导向叶片，产生运行介质 的转向。通过运行介质在导向叶片上的转向，由运行介质施加到涡轮上的力 矩被增强。由此，输出力矩可以例如等于输入力矩的2.5倍至12倍。

具有刚性叶片的变矩器具有唯一一个运行状态，其中，为所有轮的叶片 提供理想的流动方向。在偏离该运行模式时，除了摩擦损失外还导致附加的 流量损失，流量损失越大，则偏离理想的运行状态越大。出于此原因，改装 可调节的导轮叶片或泵轮叶片。

在现有技术中已知可以调节泵轮叶片的液力变矩器。

专利文献US3,330,112示出一种变扭器，该变扭器的泵轮叶片可转动地 支承。叶片的定位角通过转向装置可改变。为此，泵轮叶片分别通过关节与 共同的调整环连接，使得通过调整环相对于泵轮的相对转动可调整泵轮叶片 的定位角。调整环机械地通过齿部与在驱动轴的轴向上可移动的部段相连， 由此可以产生调整环的所希望的相对旋转运动。部段的平移运动通过两个彼 此分离的压力腔被控制。

专利文献US3,151,457公开了一种变扭器，其中，泵轮的叶片的局部区 域通过转向装置能够被调整。为此，缸体通过导入泵轮的内部区域内的压力 通道供给液压液。缸体通过缸体活塞的往复运动使调整环转动。通过调整环 的转动产生泵轮叶片的角度期望的变化。

通过压力通道必须在更长的行程上形成所需的压力。此外，在变矩器的 转动的构件中必须保证压力通道的相应的密封，以便持续地确定在变矩器的 运行状态下的泵轮叶片的局部区域的角度变化。

在此背景下，本发明所要解决的技术问题是，提供一种紧凑构造的且坚 固的液力变矩器，该液力变矩器具有低磨损的用于调节至少一个调节叶片的 调整装置。本发明另外要解决的技术问题是，提供一种用于液力变矩器的调 整装置。

所述技术问题按照本发明通过一种按照权利要求1的液力变矩器和按 照权利要求16的调整装置解决。

因此，本发明涉及一种液力变矩器，具有工作室、与驱动轴相连的泵轮、 与输出轴相连的涡轮和导轮，该工作室能够被运行介质流过。按照本发明的 变矩器是具有至少一个调节叶片的所谓的可调式变矩器，该调节叶片通过调 整装置能够被调节。按照本发明的变矩器特征在于，调整装置具有带有多个 环形件的伺服驱动装置，这些环形件分别相对于驱动轴同轴地布置。第一环 形件通过转向装置与至少一个调节叶片相连，用于至少间接地、也就是说直 接地或者通过另外的传递装置传递调节力或调节力矩。第一环形件相对于第 二环形件在驱动轴的周向上可转动。

至少间接的意思是，直接或者间接地中间设有另外的传递件。

本发明的优点是，只需要较低耐磨性的机械构件，用于产生调节力或调 节力矩。这一般实现的方式是，力的产生、导入和传递基本上通过调整装置 的旋转运动实现。

具体地，这在本发明中实现的方式是，设有多个环形件，这些环形件的 构成调节驱动装置，并且它们在驱动轴的周向上彼此相对可转动。第一环形 件通过转向装置与调节叶片耦连。通过第一环形件相对第二环形件的相对转 动而产生的调节力矩或调节力通过转向装置被导入调节叶片并且将其保持 在所希望的位置上。

环形件分别相对于驱动轴同轴地布置，这导致了调节驱动装置的紧凑的 结构。

有利的是，第一环形件液压地可转动。

调节驱动装置和转向装置根据第一设计方案由多个单独的装置构成。它 们在特别有利的设计方案中以节省结构空间的方式在一个轴向平面内以沿 径向彼此错移的方式布置。备选的设计方案是，沿轴向错移地布置，而沿径 向没有错移地布置或沿径向也有错移。

在有利的设计方案中，转向装置由伺服驱动装置构成。这种解决方案所 带来的优点是，特别节省结构空间的布置方式和低的构造费用。

特别有利的实施方式是，调节叶片是泵轮叶片。调节叶片构成泵轮的叶 栅环的一部分。在此，叶栅环的唯一的调节叶片或者叶栅环的多个调节叶片、 尤其所有的叶片都可调节。可调节的泵轮叶片改变流入工作室内的运行介质 的流动角度并且限制体积流量。由此，可以改变在工作室内输出的泵力矩。 流动技术方面有利的是，泵力矩被剧烈地改变，因为在泵叶片剧烈倾斜时接 近输出和输入半径。此外，避免了流动速度的切向分量。可以通过调整泵轮 的叶片或者叶片构件有目的地影响、尤其控制功率消耗。

调整装置优选适用于液力逆流变矩器、尤其单级的逆流变矩器结合泵轮 上的叶片组的调整。这带来的优点是，结构特别简单地将调整装置根据结构 适合的很容易接近泵轮的特性安装调整装置。其它的变矩器的类型同样可以 装配有调整装置。

环形件相对驱动轴的同轴的布置方式可以实现调整装置和变矩器的简 单紧凑的结构，由此减少设计耗费和磨损风险。

在有利的实施方式中，第二环形件抗扭地与驱动轴相连，并且第一环形 件在驱动轴转动时随动。这种实施方式特别适用于对泵叶片的调整，因为环 形件以与泵轮相同的转速转动。通过设定第一和第二环形件之间的角位置， 可影响调节叶片的位置。因为两个环形件与驱动轴一同旋转，所以在构件之 间只有在调节过程中才会产生相对移动。在调节过程前和后在驱动轴、环形 件和泵轮之间没有相对运动，使得前述的元件共同构成旋转的单元。

在另外优选的实施方式中，第一和第二环形件构成至少两个在驱动轴的 周向上布置的压力腔，这些压力腔在第一和第二环形件相对转动时分别被施 加压力。对第一环形件的操作通过液压实现。由此，避免机械的调节元件、 例如回复弹簧。第一环形件的复位以及普遍的位置改变通过液压实现。通过 两个压力腔可以进行在两个周向上的位置改变。

通过在压力腔内设定适合的压力，可以保持两个环形件的角度位置并且 由此保持调节叶片的希望的定位角。这种设计方式的另外的优点是，实现了 调节叶片的无级的可调节性。

第一环形件可以构成柱形壳体，第二环形件布置在柱形壳体内。由此实 现了调节驱动装置的特别紧凑的设计方案。

有利的是，第一和第二环形件分别具有径向延伸的、镜像相反地布置的 叶片，这些叶片在周向上限定所述压力腔的边界。镜像相反布置的叶片在此 相互嵌接并且可以在周向上相互间隔地布置成，使得形成具有可变容积的压 力腔。通过以不同的压力施加于压力腔，第一环形件相对于第二环形件沿顺 时针或者逆时针转动。由此，可以沿不同的方向调整调节叶片。

叶片可以具有径向和/或轴向布置的用于密封压力腔的密封件。密封装 置包括至少一个密封件或者也可以设计为无接触的密封装置。

在优选的实施方式中，压力腔具有在驱动轴的周向上布置的止挡，用于 限制所述第一和第二环形件之间的相对转动。止挡由此确定第一环形件在周 向上的行程。止挡可以设计为可更换的，使得一方面在磨损时更换止挡，另 一方面可以设定第一环形件的往复运动或行程。

第一环形件通常可以理解为转动的缸体，其行程作用在周向上。

有利的是，在至少一个环形件内、优选在第二环形件内设计有多个孔， 这些孔尤其在外径的区域内通入所述压力腔中以便施加压力。孔设计在第二 环形件中的优点在于，可以形成进入驱动轴的输入通道，驱动轴与设计的第 二环形件内的孔流体连接。孔在第二环形件的外径区域内的通入优点在于， 由此实现对压力腔的刷洗。通过在外径区域内导入工作介质清除或避免可能 在外径上附着的在运行时聚集的污物。

在特别有利的实施方式中，转向装置具有调整环，该调整环相对于所述 驱动轴同轴地布置并且与第一环形件抗扭地连接。调整环与至少一个调节叶 片耦连，用于传递调节力或调节力矩。调整环有利于变矩器的紧凑的结构， 因为调整环如环形件相对于驱动轴同轴地布置。通过调整环与第一环形件的 抗扭的连接，基本避免了机械的连接结构。反而，为调整调节叶片所需的调 节力矩直接从第一环形件导入调整环。调整环和环形件之间的抗扭的连接例 如可以通过材料接合、如焊接或形状接合或摩擦接合的连接实现。

调整环与调节叶片的耦连在另外的实施方式中实现的方式可以是，调整 环具有至少一个凸轮，该凸轮与曲柄连杆机构共同作用。曲柄连杆机构与调 节叶片耦连。通过曲柄连杆机构对调节叶片的控制是已知的，使得可以与之 相关地参考已知的结构设计。凸轮设计在调整环相对于现有技术的优点是， 为了将力导入曲柄连杆机构无需特别的机械构件。而曲柄连杆机构直接通过 凸轮操作。回复力通过施加在调节叶片上的力矩在工作室中产生。优选，曲 柄连杆机构构成径向布置的杠杆件，该杠杆件将调节环的转动转变为平动。 通过杠杆件与调节叶片的连接，以已知的方式实现调节运动。

在备选的实施方式中，调整环具有外齿部，该外齿部与调节叶片的栓钉 的外齿部相啮合。该栓钉平行于调整环的中轴线延伸。这种实施方式的优点 是，调整环的转动直接转变为调节叶片的转动。由此进一步减少了机械构件 的数量。

调节叶片可以包括转动叶片或者具有至少一个转动部分的多体式叶片。 转动叶片和多体式的叶片是已知的，其后，转动叶片理解为单体式的调节叶 片，其整体可调节。在多体式的叶片中，叶片一部分固定。至少另一个叶片 部分可转动。用于可转动的叶片部分的驱动装置通过调节装置作用。

转动叶片或者可转动的叶片部分是可转动地支承的叶片或叶片局部，其 相对于通过在径向上的尺寸可描述的初始位置的角位置通过围绕确定的转 动轴线的转动可改变。初始位置描述了第一功能状态，每个从该初始位置离 开的位置都是另外的功能状态。

在优选的实施方式中，设有传感器，用于检测所述第一和第二环形件之 间的角位置，这特别有利于系统，其中调节功率消耗。为此，使用由传感器 输出的角度信号。

本发明还涉及一种用于液力变矩器的调整装置。该调整装置具有具备多 个同心布置的环形件的伺服驱动装置。这些环形件彼此同心地布置。为此， 第一环形件调整为与变矩器的至少一个调节叶片相连，用于通过转向装置传 递调节力或调节力矩。为了调节叶片的调节运动，第一环形件相对于第二环 形件在两个环形件的周向上可转动。这种调整装置的另外的优点参照液力变 矩器的阐述。

调整装置的示例性的实施方式已在液力变矩器的相关说明中给予了描 述。根据权利要求15的调整装置与液力变矩器无关地，也与在权利要求1 至14中的实施方式有关地公开和要求保护。

以下参照附图进一步阐述本发明。在附图中：

图1示出沿驱动轴的按照本发明的液力变矩器的纵剖视图；

图2示出根据图1的变矩器的伺服驱动装置的截面图；和

图3示出根据图2的伺服驱动装置的局部。

图1示出按照本发明的实施例的液力变矩器的纵剖视图。这种变矩器例 如应用于泵或压缩机的控制，并且可以与机械传动机构、例如行星齿轮箱相 连。在此，可以设想不同的应用类型。例如可以用于石油天然气工业和热力 发电厂中的功率范围在1至50MW以上的调节转速的驱动装置。本发明并 不局限于上述应用类型，而是一般涉及液力变矩器。

在图1中示例性示出的变矩器具体是单相逆流变矩器，其具有泵轮11、 涡轮13和导轮14。在所示的逆流变矩器中，泵轮11和涡轮13彼此反向转 动。导轮14与导轮壳体32固定连接(单相变矩器)。导轮14在图1所示的实 施例中构成布置在泵轮11和涡轮13之间的转向导轮。

本发明并不局限于所示的逆流变矩器。所有结合图1-3所述的特征普遍 地与液力变矩器相关地公开并要求保护。

例如按照本发明也可以设计多级的反向变矩器(Gegenlaufwandler)。也可 设想，本发明应用在泵轮11和涡轮13彼此同向旋转的正向变矩器 (Gleichlaufwandler)中。还可设想，本发明应用在多级的液力变矩器中，其中， 同样可以实现单级的或多级的结构形式。

具体地，图1所示的变矩器具有工作室10和涡轮13，该工作室可以被 运行介质流过。该变矩器具有泵轮11，该泵轮与驱动轴12相连，该涡轮13 与(未示出的)输出轴相连。涡轮13例如可转动地支承在驱动轴12上。在根 据图1的实施例中，导轮壳体32与导轮14位置固定地布置。包绕的导轮壳 体32是可行的。导轮壳体32与涡轮13的壳体和泵轮11的壳体共同构成壳 形的围绕的工作室10，在工作室中设计有流动循环的运行。

泵轮11抗扭地与驱动轴12相连。为此，在驱动轴12中构造有轴肩， 借此轴肩轴向地拧紧。另外的轴轮毂连接是可能的。

泵轮11具有至少一个调节叶片15。泵轮11的另外的泵叶片同样可以 相应地设计为调节叶片15。备选地，其余的泵叶片可以设计为刚性的。

调节叶片15配有调整装置16，该调整装置16在变矩器运行时与泵轮 11共同旋转。调整装置16具有转向装置20和伺服驱动装置17。转向装置 20使伺服驱动装置17与调节叶片15相耦连。

伺服驱动装置17具有环形件18、19，该环形件18、19分别与驱动轴 同轴地布置，也就是说，两个环形件18、19也同心地布置(也参见图2)。

第一环形件18相对于第二环形件19在驱动轴12的周向上可旋转。通 过第一环形件18的转动操作转向装置20，该转向装置将环形件18的转动传 递给调节叶片15并且改变调节叶片15的定位角。

具体地，在根据图1的实施例中，第二环形件19布置在内部并且抗扭 地与驱动轴12相连。这例如可以通过第二环形件19与驱动轴12的轴肩的 轴向拧紧实现。第二环形件19与驱动轴12共同旋转。可转动地支承的第一 环形件18构成柱形壳体23，该柱形壳体23围绕第二环形件19。换句话说， 第二环形件19布置在第一环形件18的壳体23中。为此，第一环形件18具 有布置在轴向外侧的第一端壁33和布置在轴向内侧的第二端壁34，该第一 和第二端壁在轴向上限定壳体23的边界。壳体23具有外圈35，该外圈35 在径向上限定壳体23的边界并且布置在两个端壁33、34之间。外圈35的 对应件形成第二环形件19的内圈36，该内圈36直接安置在驱动轴12上并 且通过轴肩如前述被拧紧。如图1所示，两个端壁33、34跨越内圈36，使 得在第一和第二环形件18、19之间构造有环形腔室。第一端壁33构成朝向 驱动轴12的外周的密封面。

图2示出两个已安装的环形件18、19的截面图，从该横截面中可以看 到环形室以及布置在其中的内装件。两个环形件18、19具有分别径向布置 的叶片24、25，这些叶片24、25通过在第一和第二环形件18、19之间的相 对转动用作转动叶片。具体地，第一环形件18具有第一叶片24，该第一叶 片固定在外圈35上并且径向向内延伸。第二环形件19具有第二叶片25，该 第二叶片构造在内圈36上并且径向向外延伸。两个环形件18、19的叶片24、 25由此镜像相反地布置。

在两个环形件18、19的叶片24、25之间设计有压力腔21、22，该压 力腔的容积通过调节相应的叶片24、25能够被改变。换句话说，叶片24、 25在周向上的间距通过第一环形件18的转动能够被改变。

第一环形件18的叶片24和第二环形件19的另外的叶片25共同限定第 一压力腔21的边界。为此，第一环形件18的第一叶片24密封地贴靠在第 二环形件19的内圈36上。同样地以相同的方式适用于第二环形件19的第 二叶片25，其密封地贴靠在第一环形件18的外环25的内圆周上。两个叶片 24、25此外在轴向上在端壁33、34之间延伸，叶片24、25同样密封地贴靠 在端壁33、34上，使得共同构成封闭的压力腔21，该压力腔21周向被叶片 24、25并且在径向上被外圈35和内圈36限定边界。

在两个环形件18、19的周向上设计有另外的压力腔22，该另外的压力 腔22以同样的方式被两个环形件18、19的叶片24、25限定边界。

换句话说，第一环形件18的叶片24布置在第二环形件19的两个第二 叶片25之间，使得在第一叶片24的两侧分别形成压力腔21、22。如图2 所示，在两个环形件18、19的周向上以相同的方式设计有多个压力腔21、 22，其中，第一环形件18的第一叶片24和第二环形件19的第二叶片25分 别交替地布置。由此，在圆周上分布布置地形成压力腔21、22，这些压力腔 在第一环形件18的第一叶片24的两侧延伸。

压力腔21、22分别被施加有压力，用于在两个环形件18、19之间产生 相对旋转。在图2的实施例中产生液压。在图2所示的运行状态下，在第一 压力腔21中存在比第二压力腔22更大的压力，使得第一叶片24和由此环 形件18沿顺时针旋转。通过改变在两个压力腔21、22中的压力比，可以沿 逆时针调整第一环形件18。

由此，第一环形件18被用作环形活塞。

为了限制第一环形件18沿周向的往复运动，设有止挡27(参见图2)。 止挡27例如可以设计为可更换的调整块，该调整块与第二环形件19的第二 叶片25螺栓拧紧或者以其它方式固定。

止挡27如图2所示不仅布置在第一环形件18的第一叶片24的两侧上， 用于沿两个周向调节运动。而且，另外的止挡27点对称地布置在第一环形 件18的相对置的一侧。止挡27在图1的纵向视图中可见。

在图3细节视图中，可看到伺服驱动装置17的另外的细节。由此如图 3所示，在第二环形件19内设计有孔28，该孔28用作压力通道，用于输入 液压液。具体地，压力通道设计在内圈36内并且延伸通过第二叶片25径向 向外。孔28在压力腔21、22的外径区域内通入相应的压力腔21、22(参见 图1)。换句话说，孔28的通入口到外圈35的间距与至内圈36的间距相比 小得多。由此实现刷洗效果，通过该刷洗效果最大可能地避免污物积聚在外 圈35上。

将第二环形件19的孔28与输入装置(未示出)连接的输入通道直接构造 在驱动轴12或配给驱动轴12的部件内。具体地，在第二环形件19的内圈 36和驱动轴12之间设有套筒37，在套筒37内输入通道设计用于向压力腔 21、22供给液压液。内圈36和套筒37之间的连接例如可以摩擦接合式进行。

为了将第一环形件18的转动传递给调节叶片15，设有下述的转向装置 20。该转向装置20抗扭地与第一环形件18相连接。由此，传递给调节叶片 15的转矩可以被导入转向装置20。通过转向装置20的传递可以通过平动/ 旋转的运动的组合或者仅通过旋转运动实现。通过第一环形件18导入的转 矩使调节叶片15转动，由此改变调节叶片15的定位角。

具体地，转向装置20为此具有调整环29，该调整环29同轴地布置。 调整环29安置在驱动轴12的外径上并且相对于驱动轴12可转动。调整环 29例如沿轴向支承在泵轮11的壳体上。调整环29与环形件18的抗扭的连 接通过环形件18的布置在内部的第二端壁34实现，第二端壁与调整环29 固定连接。该连接例如可以材料接合(焊接)或形状接合或摩擦接合地进行。 连接的效果是，使调整环29在第一环形件18转动时随动。

调整环29在轴向内部布置的端部上具有凸轮或同步件，其与曲柄连杆 机构30共同作用。曲柄连杆机构30与调节叶片15相连。具体地，曲柄连 杆机构30具有杠杆件31或推拉杆，在其下端上固定有销钉38。销钉的旋转 轴线平行于驱动轴12的中央轴线延伸。杠杆件31的上端部作用在调节叶片 15上，具体地作用在调节叶片15的偏心布置的栓钉39上，该栓钉39从泵 轮11的壳体轴向地突伸。

同步件与销钉38共同构成转动关节，曲柄连杆机构30围绕该转动关节 可转动。在驱动轴12的周向上进行偏转运动。同步件用作滑动轴承，在该 滑动轴承内可转动地设有销钉38。

由调整环29引入的调整力矩通过支承在调整环39的同步件内的销钉 38传递到曲柄连杆机构30上。曲柄连杆机构30将调整环29的转动转变为 曲柄连杆机构30的平动/转动的组合，其使得调节叶片15产生摆动，从而可 以调整到调节叶片15的期望定位角。

第一环形件18的转动向调节叶片15的另一种传递可以通过外齿部实 现，该外齿部构造在调整环29的轴向内端部上。具体地，调整环29的轴向 内端部可以构成齿轮或齿轮部分，该齿轮或齿轮部分与调节叶片15的销钉 的相应的外齿相啮合。销钉平行于调整环29的中轴线延伸。调整环29与调 节叶片15的另外的机械耦连也是可行的。同样地，调节叶片15可以构成转 动叶片，如图1所示，该转动叶片作为整体转动。备选地，叶片15可以是 多件式地叶片15，该多件式地叶片15具有至少一个可调节的转动部分。

如图1所示，变矩器具有传感器40，用于检测第一和第二环形件18、 19之间的角度位置。传感器40可以控制泵轮的功耗。

为了调节泵轮11的叶片组，操作伺服驱动装置17。为此，压力腔21、 22被施加不同的压力，使得第一环形件18相对于第二环形件19在周向上转 动。通过转动而使调整环29沿周向偏转，由此操作曲柄连杆机构30。曲柄 连杆机构30将调整环29的转动转变为致使调节叶片产生摆动的平动/转动的 组合，从而可以调整到调节叶片15的期望定位角。调节叶片15的位置通过 伺服驱动装置17的压力比保持。

附图标记列表

10工作室

11泵轮

12驱动轴

13涡轮

14导轮

15调节叶片

16调整装置

17伺服驱动装置

18第一环形件

19第二环形件

20转向装置

21压力腔

22压力腔

23柱形壳体

24叶片

25叶片

26密封件

27止挡

28孔

29调整环

30曲柄连杆机构

31杠杆件

32导轮壳体

33第一端壁

34第二端壁

35外圈

36内圈

37套筒

38销钉

39销栓

40传感器