DE102009013408A1

DE102009013408A1 - Drehmomentwandlerschaufel

Info

Publication number: DE102009013408A1
Application number: DE102009013408A
Authority: DE
Inventors: Bhaskar Dr. Copley Marathe
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-27
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2009-10-01
Also published as: US20090241533A1; US8434300B2

Abstract

Schaufel für einen Drehmomentwandler, die Folgendes aufweist: einen Körper, der eine Außenkante aufweist; mindestens zwei Schaufelklappen, die mit der Außenkante integral ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch, der an mindestens eine der beiden Schaufelklappen angrenzt, wobei der mindestens eine Abdichtungsflansch integral mit der Außenkante ausgebildet ist und sich von dieser erstreckt, wobei die Außenkante dazu eingerichtet ist mit einer Innenfläche des Rades in dem Drehmomentwandler übereinzustimmen, das Rad mindestens zwei Schlitze aufweist, die hindurchgehend angeordnet sind und der mindestens eine Dichtungsflansch dazu eingerichtet ist mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen um eine fluidische Abdichtung zur Verfügung zu stellen, die mindestens zwei Schaufelklappen durch die mindestens zwei Schlitze angeordnet sind und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen dazu eingerichtet ist, in eine Außenfläche des Rades einzugreifen.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Drehmomentwandler, genauer gesagt auf eine Drehmomentwandlerschaufel, und noch genauer auf eine Drehmomentwandlerschaufel, die eine fluidische Abdichtung ohne Hartlöt- oder Klebeverfahren zur Verfügung stellt.
Hydraulische Drehmomentwandler, also Vorrichtungen die verwendet werden um das Verhältnis von Drehmoment und Drehzahl zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle des Wandlers verändern, haben die Automobil- und Schiffsantriebstechnik dadurch revolutioniert, dass sie ein hydraulisches Mittel zur Verfügung stellen um Energie von einem Motor auf eine Antriebsvorrichtung, z. B. eine Antriebswelle oder ein automatisches Getriebe zur Verfügung stellen, während sie Leistungsschwankungen des Motors ausgleichen. Ein Drehmomentwandler, der zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnet ist, weist üblicherweise drei Hauptbauteile auf: einen Impeller, manchmal als Pumpe bezeichnet, der direkt mit dem Deckel des Wandlers verbunden ist, und damit mit der Kurbelwelle des Motors; eine Turbine die ähnlich wie der Impeller aufgebaut ist, wobei die Turbine jedoch mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden ist; und ein Leitrad, welches zwischen der Pumpe und der Turbine angeordnet ist, welches die Strömung der Hydraulikflüssigkeit umlenkt, die aus der Turbine austritt, und damit zusätzlich Drehmoment an die Pumpe liefert.
Obgleich die Montage von Schaufeln innerhalb eines Drehmomentwandlergehäuses auf den ersten Blick einfach aussehen mag, ist die Aufgabe durch die Anforderungen und durch die fertigungstechnischen Randbedingungen recht schwierig. Ein Rad wird geformt, z. B. üblicherweise durch Stanzen, Schlitze werden in das Rad eingeprägt oder durch das Rad gestanzt, und danach werden Schaufeln innerhalb der Schlitze in dem Rad positioniert. Herkömmlich wurden die Schaufeln an ihren entsprechenden Rädern durch Schweissen befestigt. Festzuhalten ist, dass „Schweissen” in diesem Sinn breit auszulegen ist. „Schweissen” beinhaltet das Folgende:

– direktes Verschmelzen der Schaufeln mit dem Turbinenrad durch Schmelzen und darauffolgendes Härten der Schnittstelle;
– Verbinden mittels eines dazwischen gefügten oder verbindenden geschmolzen Metalls, wie es beim Autogenschweissen oder Lichtbogenschweissen unter Verwendung eines metallischen Verbindungsmaterials erfolgt, welches üblicherweise aus Kupfer, Eisen und aus Legierungen mit mindestens Elementen aus der Gruppe Eisen, Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Aluminium, Silber, Kobalt, Chrom und Nickel gewählt wird enthält, ein Beispiel für dieses Verfahren ist in dem U.S. Patent Nr. 3,673,659 beschrieben; und
– eine Verbindung unter Verwendung von Kunststoffmaterial welches üblicherweise ein vernetztes organisches Kunststoffmaterial, wie z. B. ein Epoxidharz ist, wie z. B. im U.S. Patent Nr. 3,817,656 beschrieben.

Es wurde vorgeschlagen Schaufeln ohne Verschweissen unter Verwendung von mechanischen Befestigungsmitteln zu befestigen, wie z. B. Klappen an einer Schaufel, die in Schlitze oder Vertiefungen in einem Turbinenrad eingesetzt sind. Leider haben solche Vorrichtungen schwerwiegende Nachteile.
Ein wesentlicher Nachteil war, dass die Schaufel nicht so festgehalten wird, wie wenn Schweissen verwendet wird, und die Schaufel deshalb Vibrationen und Lärm erzeugen kann und Teileverschleiss, und schliesslich ein schwerwiegendes Versagen hervorrufen kann. Beispiele für solche Vorrichtungen sind in den U.S. Patenten Nr. 2,660,957 ; 3,673,659 ; und 5,794,436 beschrieben.
Ein anderer wesentlicher Nachteil war, dass es mit einer solchen mechanischen Befestigung keine Möglichkeit gab, eine dichte Passung der Schaufel in dem Turbinenrad zu erzeugen. Dies bedingt erhebliche Wirkungsgradverluste, da Fluid innerhalb der Turbine zwischen der Schaufel und dem Turbinenkörper hindurch strömen kann, und damit die kinetische Energie in dem Fluid nicht auf die Turbine und damit auf die Eingangswelle des Getriebes übertragen kann. Beispiele für solche Vorrichtungen sind in den U.S. Patenten mit den Nummern 2,660,957 ; 3,673,659 ; 5,794,436 ; und 5,893,704 beschrieben.
Ein weiterer Nachteil ist, dass das mechanische Befestigungsverfahren schwierig, kompliziert oder zeitaufwändig sein kann, z. B. Niete oder ähnliche Verbinder erforderlich sind, oder die Schaufeln und Räder eine komplizierte Form aufweisen, die schwierig oder teuer herzustellen ist und komplizierte formschlüssige Eingriffsanordnungen erfordern kann. Beispiele für solche Vorrichtungen sind in den U.S. Patenten 2,660,957 ; 3,673,659 ; und 5,794,436 offengelegt.
Das U.S. Patent Nr. 5,893,704 beschreibt einen Aufbau, wobei Klappen an Schaufeln beschrieben werden, die in Ausnehmungen eines Turbinenrades passen. Ein Vorteil, der aus dieser Struktur entsteht ist, dass eine Fluidströmung zwischen den Schaufeln und dem Rad eingeschränkt ist, was den Wirkungsgrad erhöht. Leider ist der erhöhte Wirkungsgrad nicht so hoch wie gewünscht, da die Fluidströmung um die Schaufel nur am Ort der Klappe aufgehalten wird und das Fluid nach wie vor an anderen Orten um die Schaufel strömen kann, da die Klappe aus praktischen Gründen den Rest der Kante nicht dicht gegen den Körper halten kann. Dies gilt insbesondere auf Grund von Schwankungen in der verfügbaren Einsetztiefe der Klappe und auf Grund von Schwankungen in der Krümmung des Körpers relativ zur Krümmung der Schaufel. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil dieser Struktur ist, dass keine positive Haltekraft auf die Schaufel aufgebracht wird, da die Klappe nicht durch das Rad der Turbine reicht, sondern lediglich durch Reibung in einer Vertiefung ruht.
Alle oben genannte U.S. Patente werden als Stand der Technik in die vorliegende Patentanmeldung einbezogen.
Wie aus der Vielzahl von Vorrichtungen und Verfahren ersichtlich ist, die zur Montage eines Drehmomentwandlers gedacht sind, wurden viele Mittel in Betracht gezogen um das gewünschte Ziel zu erreichen, z. B. das Festhalten einer Schaufel in einem Rad, ohne das Erfordernis von teuren Schweissverfahren, und damit im Ergebnis geringere Montagekosten und geringerer Montageaufwand. Bisher waren Kompromisse zwischen Schweissverfahren und den Kosten für solche Verfahren erforderlich. Daher gibt es seit langem einen Bedarf für ein Drehmomentwandlerrad, welches eine Schaufel aufweist, die ohne Schweissverfahren befestigt wird, während minimale Änderungen in dem gesamten Montageverfahren eingefügt werden und ein annehmbares Niveau der fluidischen Abdichtung zwischen der Schaufel und dem Rad zur Verfügung gestellt wird.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Drehmomentwandleraufbau zur Verfügung gestellt, wobei eine Mehrzahl von hochwirksamen schweissfreien Verbindungen zwischen der Pumpe und ihren Schaufeln und/oder der Turbine und ihren Schaufeln zur Verfügung gestellt wird, welche die Nachteile die mit Drehmomentwandlern einhergehen, die oben im Abschnitt „Hintergrund der Erfindung” beschrieben sind, behebt.
Die vorliegende Erfindung weist allgemein eine Schaufel für einen Drehmomentwandler auf, die einen Körper mit einer Aussenkante aufweist, mindestens zwei Schaufelklappen, die mit der Aussenkante integral ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch, der an mindestens eine der beiden Schaufelklappen angrenzt, wobei der mindestens eine Abdichtungsflansch integral mit der Aussenkante ausgebildet ist und sich von dieser erstreckt. In dieser Ausführungsform ist die Aussenkante dazu eingerichtet, mit einer Innenfläche des Rades in dem Drehmomentwandler übereinzustimmen. Weiterhin weist das Rad mindestens zwei Schlitze auf, die hindurchgehend angeordnet sind, und der mindestens eine Dichtungsflansch ist dazu eingerichtet mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen um eine fluidische Dichtung zur Verfügung zu stellen, während die mindestens zwei Schaufelklappen durch die mindestens zwei Schlitze angeordnet sind, und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen dazu eingerichtet ist, in eine Aussenfläche des Rades einzugreifen. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch in Vergleich zu den mindestens zwei Schaufelklappen erhöht, während in anderen Ausführungsformen der mindestens eine flexible Dichtungsflansch zwischen den mindestens zwei Schaufelklappen angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen weist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch eine erste Dicke auf und jede der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine zweite Dicke auf, die grösser ist als die erste Dicke. In noch weiteren Ausführungsformen weist jeder der mindestens zwei Schlitze eine bestimmte Tiefe auf, und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine bestimmte Länge auf, die grösser ist als die Tiefe des mindestens einen der mindestens zwei Schlitze. In noch einer weiteren Ausführungsform weist der Körper weiterhin eine Innenkante auf, die mindestens eine Kernklappe aufweist, die dazu eingerichtet ist in einen Kernring einzugreifen, wobei in noch einer weiteren Ausführungsform das Rad ein Turbinenrad oder ein Pumpenrad ist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung allgemein einen Drehmomentwandler auf, der ein Rad aufweist, welches eine Innenfläche und eine Aussenfläche aufweist und mindestens zwei Schlitze, welche darin durchgehend angeordnet sind, und eine Schaufel, die einen Körper aufweist, der eine Aussenkante aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen, und mindestens zwei Schaufelklappen, die mit der Aussenkante übereinstimmen und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtflansch, der an mindestens eine der beiden Schaufelklappen angrenzt. In dieser Ausführungsform ist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch mit der Aussenkante einstückig ausgebildet und erstreckt sich von dieser. Weiterhin ist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch dazu eingerichtet mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen, um eine fluidische Dichtung zur Verfügung zu stellen, die mindestens zwei Schaufelklappen sind durch die mindestens zwei Schlitze angeordnet, und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen ist dazu eingerichtet in die Aussenfläche des Rades einzugreifen. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch im Vergleich zu den mindestens zwei Schaufelklappen erhöht, während in anderen Ausführungsformen der mindestens eine flexible Dichtungsflansch zwischen den mindestens zwei Schaufelklappen angebracht ist. In einer anderen Ausführungsform weist der mindestens eine Dichtungsflansch eine erste Dicke auf, und jede der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine zweite Dicke auf, die grösser ist als die erste Dicke. In noch weiteren Ausführungsformen weist jeder der mindestens zwei Schlitze eine Tiefe auf und jede der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine Länge auf, die grösser ist als die Tiefe mindestens eines der zwei Schlitze. In noch weiteren Ausführungsformen weist der Körper weiterhin eine Innenkante auf, die mindestens eine Kernklappe aufweist, die dazu eingerichtet ist in einen Kernring einzugreifen, während in noch anderen Ausführungsformen das Rad ein Turbinenrad oder ein Pumpenrad ist.
In noch einer anderen Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung allgemein einen Drehmomentwandler auf, der ein Rad aufweist, das Innen- und Aussenflächen und mindestens zwei durchgehend angeordnete Schlitze aufweist. In dieser Ausführungsform weist der Drehmomentwandler gemäss der vorliegenden Erfindung weiterhin eine Schaufel auf, die einen Körper aufweist, der eine Aussenkante aufweist, mindestens zwei Schaufelklappen, die mit der Aussenkante einstückig ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch, der an mindestens eine der beiden Schaufelklappen angrenzt. Weiterhin ist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch einstückig mit der Aussenkante ausgebildet und erstreckt sich von dieser, und die Aussenkante und der mindestens eine flexible Dichtungsflansch sind dazu eingerichtet, mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen. Weiterhin weist in dieser Ausführungsform der Drehmomentwandler gemäss der vorliegenden Erfindung eine fluidische Dichtung auf, die mindestens eine Schnittstelle zwischen der Innenfläche des Rades und dem mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch aufweist, wobei die mindestens zwei Schaufelklappen durch die mindestens zwei Schlitze angeordnet sind, und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen dazu eingerichtet ist, in die Aussenfläche des Rades einzugreifen. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Dichtungsflansch relativ zu den mindestens zwei Schaufelklappen erhöht, während in anderen Ausführungsformen der mindestens eine flexible Dichtungsflansch zwischen den mindestens zwei Schaufelklappen angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen weist der mindestens eine flexible Dichtungsflansch eine erste Dicke auf, und jede der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine zweite Dicke auf, die grösser ist als die erste Dicke. In noch weiteren Ausführungsformen weist jeder der mindestens zwei Schlitze eine bestimmte Tiefe auf und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine bestimmte Länge auf, die grösser ist als die Tiefe mindestens eines der zwei Schlitze. In noch anderen Ausführungsformen weist der Körper weiterhin eine Innenkante auf, die mindestens eine Kernklappe aufweist, die dazu eingerichtet ist in einen Kernring einzugreifen, während in noch anderen Ausführungsformen das Rad ein Turbinenrad oder ein Pumpenrad ist.
In noch einer weiteren Ausführungsform weist die vorliegende Erfindung allgemein ein Verfahren zur Montage für eine Schaufel in einem Drehmomentwandlerrad auf, wobei die Schaufel eine Innenfläche und eine Aussenfläche und mindestens zwei dadurch angeordnete Schlitze aufweist, und die Schaufel einen Körper aufweist, der eine Aussenkante aufweist, die dazu eingerichtet ist mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen, mindestens zwei Schaufelklappen, die mit der Aussenkante einstückig ausgebildet sind und sich davon erstrecken und mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch, der mindestens einer der mindestens zwei Schaufelklappen gegenüberliegt. Weiterhin ist der mindestens eine flexible Abdichtungsflansch einstückig mit der Aussenkante ausgebildet und erstreckt sich von dieser, und der mindestens eine flexible Abdichtungsflansch ist dazu eingerichtet, mit der Innenfläche des Rades übereinzustimmen. Die vorliegende Erfindung weist die folgenden Schritte auf: a) Einfügen der mindestens zwei Klappen durch die mindestens zwei Schlitze; b) Biegen mindestens einer der mindestens zwei Klappen um in die Aussenfläche einzugreifen; und c) Festlegen des mindestens einen flexiblen Abdichtungsflanschs gegenüber der Innenfläche des Rades. In anderen Ausführungsformen weist das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt auf: d) zur Verfügung stellen einer fluidischen Abdichtung zwischen dem mindestens einen flexiblen Abdichtungsflansch und der Innenfläche des Rades. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine flexible Abdichtungsflansch relativ zu den mindestens zwei Schaufelklappen erhöht, während der mindestens eine flexible Abdichtungsflansch in anderen Ausführungsformen zwischen den mindestens zwei Schaufelklappen angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen weist der mindestens eine flexible Abdichtungsflansch eine erste Dicke auf und jede der mindestens zwei Schaufelklappen weist eine zweite Dicke auf, die grösser ist als die erste Dicke. In noch weiteren Ausführungsformen hat jeder der mindestens zwei Schlitze eine bestimmte Tiefe und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen hat eine bestimmte Länge, die grösser ist als die Tiefe mindestens eines der zwei Schlitze. In noch einer anderen Ausführungsform weist der Körper weiterhin eine Innenkante auf, die mindestens eine Kernklappe aufweist, die dazu eingerichtet ist in den Kernring einzugreifen, während in noch weiteren Ausführungen das Rad ein Turbinenrad oder ein Pumpenrad ist.
Es ist allgemein ein Ziel der vorliegenden Erfindung eine fluidische Dichtung zwischen einer Schaufel und einem Drehmomentwandlerrad zur Verfügung zu stellen, ohne dazwischen eine Schweissnaht zu bilden.
Es ist ein anderes allgemeines Ziel der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zur Montage eines Drehmomentwandlerrades, welches eine Mehrzahl von darin angeordneten Schaufeln aufweist, zu vereinfachen.
Diese und andere Gegenstände und Vorzüge der vorliegenden Erfindung sind aus der nun folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung und aus den beigefügten Zeichnungen und Patentansprüchen ersichtlich.
Die Art und Betriebsweise der vorliegenden Erfindung wird nun genauer in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungsfiguren dargelegt. Darin zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines Drehmomentwandlerrades, welches eine Mehrzahl von Drehmomentwandlerschaufeln einer Ausführungsform gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist;
2 eine Draufsicht des Drehmomentwandlerrades von 1;
3 eine Querschnittsansicht des Drehmomentwandlerrades von 1, entlang der Linie 3-3 von 2;
4 eine Querschnittsansicht des Drehmomentwandlerrades von 1, allgemein entlang der Linie 4-4 von 2;
5 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung;
6A eine seitliche Ansicht der Höhenerstreckung des eingekreisten Gebiets 6A von 5;
6B eine seitliche Ansicht der Höhenerstreckung des eingekreisten Gebiets 6B von 5;
6C eine teilweise perspektivische Ansicht des eingekreisten Gebiets 6C von 5;
7A eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung vor dem Befestigen der Schaufel in einem Drehmomentwandlerrad und einem Kernring;
7B eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung nach dem Befestigen der Schaufel in einem Drehmomentwandlerrad und in einem Kernring;
8 eine teilweise perspektivische Ansicht eines Drehmomentwandlerrades, welches eine darin angebrachte Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist;
9 eine Ansicht von Hinten der Höhenerstreckung einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung; und
10 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers, welcher eine Mehrzahl von darin angebrachten von Drehmomentwandlerschaufeln gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist.
Eingangs ist festzuhalten, dass gleiche Bezugszahlen in verschiedenen Zeichnungsansichten gleiche oder funktional ähnliche elementare Bestandteile der Erfindung bezeichnen. Obgleich die vorliegende Erfindung in Bezug auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wird, ist festzuhalten, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die offengelegten Ausführungsformen beschränkt ist.
Weiterhin ist festzuhalten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte beschriebene Methodik, Werkstoffe und Modifikationen beschränkt ist und als solche natürlich variiert werden kann. Es ist ebenso festzuhalten, dass die hier verwendeten Bezeichnungen nur der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung nicht einschränken, der nur durch die beigefügten Patentansprüche begrenzt ist.
Falls nicht anders bestimmt, dann haben alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke, die hier verwendet werden die gleiche Bedeutung wie sie allgemein von Fachleuten im Bereich der Technik wo die Erfindung angesiedelt ist verstanden wird. Festzuhalten ist, dass der Ausdruck „Schaufeln” gleichbedeutend ist mit einem Ausdruck wie z. B. „Leitschaufeln”. Solche Ausdrücke können abwechselnd in der Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendet werden, und bedeuten Bauteile, die von den Rädern der Pumpe und der Turbine abragen und Flächen aufweisen, die im Fall einer Pumpe Fluid abstossen, und im Fall der Turbinenflächen, welche die Kraft eines Fluids aufnehmen, welches von der Pumpe ausgestossen wird, um die Turbine zu drehen. Festzuhalten ist auch, dass der Ausdruck „fluidische Dichtung” wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird entweder bedeutet, dass kein Fluid oder nur eine kleine Menge von Fluid an der Dichtung vorbei strömen kann, oder durch die Dichtung strömen kann. Mit anderen Worten, wird der Ausdruck „fluidische Dichtung” nicht nur verwendet um eine vollständige Dichtung zu beschreiben, sondern er wird aber auch verwendet um eine nahezu vollständige Dichtung zu beschreiben. Obgleich beliebige Verfahren und Vorrichtungen oder Werkstoffe, die ähnlich oder gleichwertig zu den Beschriebenen sind bei der Ausführung oder beim Testen der Erfindung verwendet werden können, werden nun die bevorzugten Verfahren, Vorrichtungen und Werkstoffe beschrieben.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler der eine Mehrzahl von hochwirksamen Verbindungen ohne Schweissnähte zwischen der Pumpe und ihren Schaufeln und/oder der Turbine und ihren Schaufeln aufweist, welche die Nachteile, die mit Drehmomentwandlern des Stands der Technik einhergehen, wie sie im oben genannten Hintergrund der Erfindung beschrieben sind, beheben oder verringern. Insbesondere erfordert der Drehmomentwandler gemäss der Erfindung kein Verschweissen der Schaufeln mit den Rädern der Pumpe und/oder der Turbine. Die Schaufeln werden sicher gehalten um Vibrationen, Geräuschentwicklung und vollständiges Versagen zu verringern oder zu beseitigen. Spalte zwischen den Schaufeln und den Rädern werden Grossteils blockiert, um das Vorbeiströmen von Fluid, d. h. Fluid welches zwischen der Schaufel und dem Rad durchsickert, zu verhindern, und damit den Wirkungsgrad zu erhöhen. Weiterhin sind die Bauteile einfach herzustellen und zu montieren.
Wenn man nun die Figuren betrachtet, dann zeigt 1 eine perspektivische Ansicht des Drehmomentwandlerrades 10 welches eine Mehrzahl von darin angebrachten Drehmomentwandlerschaufeln aufweist, d. h. Drehmomentwandlerschaufeln 12, wobei 2 eine Draufsicht auf den Grundriss des Drehmomentwandlerrades 10 zeigt. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des Drehmomentwandlerrades 10, welche allgemein entlang der Linie 3-3 von 2 aufgenommen ist, während 4 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlerrades 10 zeigt, die allgemein entlang der Linie 4-4 von 2 aufgenommen ist. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung, d. h. einer Drehmomentwandlerschaufel 12. 6A zeigt eine Seitenansicht der Höhenerstreckung des eingekreisten Gebiets 6A aus 5, d. h. einen Bereich der Drehmomentwandlerschaufel 12 gemäss der vorliegenden Erfindung, während 6B eine seitliche Höhenansicht des eingekreisten Gebiets 6B aus 5 zeigt, d. h. einen anderen Bereich einer Drehmomentwandlerschaufel 12 gemäss der vorliegenden Erfindung, der einen geprägten Bereich 13 zeigt, und 6C zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des eingekreisten Gebiets 6C von 5, d. h. einen anderen Bereich der Drehmomentwandlerschaufel 12 gemäss der vorliegenden Erfindung, die ein eingeprägtes Gebiet 13 zeigt. 7A zeigt eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung, d. h. einer Drehmomentwandlerschaufel 12 vor dem Befestigen der Schaufel innerhalb des Drehmomentwandlerrades 10 und des Kernrings 14, wobei 7B eine Querschnittsansicht der Drehmomentwandlerschaufel 12 nach dem Befestigen der Schaufel innerhalb des Drehmomentwandlerrades 10 und des Kernrings 14 zeigt. 8 zeigt eine teilweise perspektivische Ansicht des Drehmomentwandlerrades 10, welches eine Ausführungsform der Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist, d. h. eine Drehmomentwandlerschaufel 12, die darin angebracht ist. 9 zeigt eine Ansicht von Hinten der Höhenerstreckung einer Ausführungsform einer Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung, d. h. einer Drehmomentwandlerschaufel 12. 10 zeigt eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers 15, der darin enthaltene Drehmomentwandlerschaufeln 12 aufweist. Die folgende Erörterung wird am besten mit Bezug auf die 1 bis 10 verständlich.
Die vorliegende Erfindung weist allgemein eine Schaufel für einen Drehmomentwandler auf, z. B. eine Drehmomentwandlerschaufel 12. Die Drehmomentwandlerschaufel 12 weist einen Körper 16 auf, der eine Aussenkante 18 aufweist, Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d, die einstückig mit der Aussenkante ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und flexible Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d, die an Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d angrenzen, und auch einstückig mit der Aussenkante 18 sind, und sich davon erstrecken. Festzuhalten ist, dass obgleich die 4 Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d und vier Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d abbilden, auch andere Anordnungen möglich sind. Beispielsweise kann die Drehmomentwandlerschaufel 12 gemäss der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Schaufelklappen aufweisen und mindestens einen flexiblen Dichtflansch und solche Variationen befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung. Die äussere Kante 18 ist dazu eingerichtet mit der Innenfläche 24 des Drehmomentwandlerrades 10 übereinzustimmen. Das Drehmomentwandlerrad 10 weist mindestens zwei dadurch angeordnete Schlitze auf, z. B. die Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d. Festzuhalten ist, dass obgleich vier Schlitze gezeigt werden, die durch das Drehmomentwandlerrad 10 angeordnet sind, die vorliegende Erfindung lediglich zwei Schlitze erfordert, oder mit anderen Worten, das Drehmomentwandlerrad einen zusätzlichen Schlitz für jede Schaufelklappe aufweisen muss, die in der Drehmomentwandlerschaufel gemäss der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Die flexiblen Dichtflansche, z. B. die Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d sind dazu eingerichtet mit der Innenfläche 24 des Drehmomentwandlerrades 10 übereinzustimmen um eine fluidische Abdichtung zur Verfügung zu stellen. Die Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d sind jeweils durch Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d angeordnet, und mindestens eine der Schaufelklappen ist dazu eingerichtet in die Aussenfläche des Drehmomentwandlerrades 10 einzugreifen. Mit anderen Worten, die Drehmomentwandlerschaufel 12 gemäss der vorliegenden Erfindung kann innerhalb des Drehmomentwandlerrades 10 mit einer einzigen Klappe befestigt werden. Jedoch ist eine zusätzliche Klappe erforderlich um die Ausrichtung der Drehmomentwandlerschaufel 12 innerhalb des Drehmomentwandlerrades 10 aufrechtzuerhalten, insbesondere wenn hydraulische Kräfte auf die Drehmomentwandlerschaufeln 12 während des Einleitens von Drehmoment aufgebracht werden. Festzuhalten ist, dass „mit einer Oberfläche übereinstimmen” bedeutet, dass die Form der Aussenkante der Drehmomentwandlerschaufel und/oder die Form des Dichtflansches im Wesentlichen komplementär in die Form der Innenfläche des Drehmomentwandlerrades eingreift.
Wie im Obigen bereits beschrieben, sind die flexiblen Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d einstückig mit dem Körper 16 über die Aussenkante 18 ausgeführt. Die Dichtflansche werden durch Prägen flexibel gemacht und sind so ausgebildet, dass die Flansche sich unter einem kleinen Winkel befinden, z. B. dem Winkel 30, relativ zum Drehmomentwandlerrad 10, bevor die Klappen umgerollt werden (siehe 7A). Festzuhalten ist, dass das Prägen die Flexibilität der Dichtflansche dadurch erhöht, dass es die Materialstärke der Flansche relativ zu anderen Teilen der Schaufel, z. B. der Klappen, verringert. Wie in 6A gezeigt weist die Schaufelklappe 20b eine bestimmte Dicke auf, z. B. die Dicke 31. Die Dicke 31 ist im Wesentlichen die gleiche Dicke wie die Dicke des Körpers 16, da weder die Schaufelklappen noch der Körper geprägt sind. Im Gegensatz dazu, weist der flexible Dichtflansch 22b (siehe 6B und 6C) einen geprägten Bereich 13 auf, der eine bestimmte Dicke aufweist, z. B. die Dicke 32, die geringer ist als die Dicke des Körpers 16 auf Grund des Prägeverfahrens. Daraus folgt zwingend, dass die Dicke 31 (Dicke der Schaufelklappe) grösser ist als die Dicke 32 (Dicke des geprägten Bereichs des flexiblen Dichtflansches). Durch Bilden eines geprägten Bereiches 13 können sich die flexiblen Dichtflansche biegen. Festzuhalten ist, dass obgleich nur der geprägte Bereich 13 dünner als der Körper 16 gezeigt wird, der gesamte innere Dichtflansch auch dünner sein kann als der Körper 16, d. h. der gesamte Flansch ist geprägt, und solche Variationen befinden sich innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung.
Weiterhin, um die Montage eines Drehmomentwandlers einschliesslich eines Drehmomentwandlerrad 10 zu ermöglichen, ist jeder der Dichtflansche relativ zu den Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d vor der Montage erhöht. Mit anderen Worten, die Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d sind im Winkel im Vergleich zu den Schaufelklappen 20 versetzt, z. B. um den Winkel 33 versetzt, und erleichtern damit das Einfügen der Schaufeln 12 in dem Rades 10 (siehe 5 und 9). In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Winkel 33 ungefähr 90°, jedoch ist festzuhalten, dass andere Winkel auch möglich sind, z. B. solche die grösser oder kleiner als 90° sind, und dass solche Variationen sich innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung befinden.
In einigen Ausführungsformen sind flexible Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d zwischen den Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d angebracht, d. h. wie in den Figuren gezeigt. Jedoch ist festzuhalten, dass die Dichtflansche auch angrenzend an die Schaufelklappen angeordnet werden können, d. h. nicht zwischen den Klappen, und sowohl angrenzend an die Schaufelklappen, als auch zwischen den Schaufelklappen liegen können, entweder einzeln oder gemeinsam. Mit anderen Worten, ein Abdichtflansch kann zwischen den Schaufelklappen angeordnet werden, z. B. ein Abdichtflansch 22b liegt zwischen den Schaufelklappen 20b und 20c, ein Abdichtflansch kann angrenzend an die Schaufelklappen angeordnet werden, z. B. ein Abdichtflansch 22a liegt angrenzend an die Schaufelklappen 20b und 20c, ein Abdichtflansch kann sowohl angrenzend zu als auch zwischen den Schaufelklappen liegen, z. B. ein Abdichtflansch 22a grenzt an die Schaufelklappen 20b und 20c an, und der Abdichtflansch 22a liegt zwischen den Schaufelklappen 20a und 20b. Solche Variationen liegen innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung.
Jeder der Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d weist eine bestimmte Tiefe auf, z. B. die Tiefe 34, und mindestens eine der Schaufelklappen weist eine bestimmte Länge, z. B. die Länge 36, auf, wobei die Länge 36 grösser ist als die Tiefe 34 (siehe 7A und 7B). Damit kann während der Montage mindestens eine der Schaufelklappen so gebogen werden, dass die Schaufelklappe in die Aussenfläche 28 eingreift und damit die Drehmomentwandlerschaufel 12 innerhalb des Drehmomentwandlerrad 10 festlegt.
In einigen Ausführungsformen weist der Körper 16 weiterhin eine Innenkante 38 auf, die mindestens eine Kernklappe 40 aufweist, die dazu eingerichtet ist in den Kernring 14 einzugreifen. Weiterhin ist festzuhalten, dass das Drehmomentwandlerrad 10 ein Turbinenrad in einer Vielzahl von Arten von Drehmomentwandlern sein kann, z. B. ein Turbinenrad 42, oder alternativ ein Drehmomentwandlerrad 10 ein Pumpenrad (z. B. ein Pumpenrad 44) in Drehmomentwandlern sein kann, die innerlich angeordnete Pumpen aufweisen, z. B. Mehrfunktionsdrehmomentwandler.
Die vorliegende Erfindung weist allgemein auch einen Drehmomentwandler 15 auf. Der Drehmomentwandler 15 weist ein Rad 10 auf, welches jeweils einen Innenumfang 24 und 28 und mindestens zwei dadurch angeordnete Schlitze aufweist, z. B. Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d. Der Drehmomentwandler 15 weist weiterhin eine Drehmomentwandlerschaufel 12 auf. Die Drehmomentwandlerschaufel 12 weist einen Körper 16 auf, der eine Aussenkante 18 aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit der Innenfläche 24 des Drehmomentwandlerrades 10 übereinzustimmen, mindestens zwei Schaufelklappen, z. B. Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d, die einstückig mit der Aussenkante 18 ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtflansch, z. B. die Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d, der an mindestens eine der Schaufelklappen angrenzt. Die Dichtflansche 22a, 22b, 22c und 22d sind einstückig mit der Aussenkante 18 ausgebildet und erstrecken von dieser, und sind dazu eingerichtet, mit der Innenfläche 24 des Drehmomentwandlerrades 10 übereinzustimmen, um eine fluidische Abdichtung zur Verfügung zu stellen. Ähnlich den oben beschriebenen Ausführungsformen sind mindestens zwei Schaufelklappen, z. B. die Klappen 20a, 20b, 20c und 20d durch mindestens zwei Schlitze, z. B. 26a, 26b, 26c und 26d, angeordnet, und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen ist dazu eingerichtet, in die Aussenfläche 28 des Rades 10 einzugreifen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Drehmomentwandler 15 ein Rad 10 auf, welches jeweils eine Innenfläche 24 und eine Aussenfläche 28 aufweist, und mindestens zwei Schlitze, die durch diese angeordnet sind, z. B. Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d. Diese Ausführungsform des Drehmomentwandlers 15 weist weiterhin eine Drehmomentwandlerschaufel 12 auf. Die Drehmomentwandlerschaufel 12 weist einen Körper 16 mit einer Aussenkante 18, mindestens zwei Schaufelklappen, z. B. Klappen 20a, 20b, 20c und 20d auf, die einstückig mit der Aussenkante 18 ausgebildet sind und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtflansch, z. B. einen Dichtflansch 22a, 22b, 22c und 22d, der mindestens einer der mindestens zwei Dichtflanschen gegenüberliegt. Der mindestens eine flexible Dichtflansch ist einstückig mit der Aussenkante 18 ausgeführt und erstreckt sich von dieser. Die Aussenkante 18 und mindestens ein flexibler Dichtflansch sind dazu eingerichtet mit der Innenfläche 24 des Drehmomentwandlerrades 10 übereinzustimmen. Weiterhin weist diese Ausführungsform eine fluidische Abdichtung 46 auf, die mindestens eine Schnittstelle zwischen der Innenfläche 24 des Rades 10 und mindestens einen flexiblen Dichtflansch aufweist, z. B. die Schnittstelle 48. Wiederrum ähnlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen, sind mindestens zwei Schaufelklappen, z. B. die Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d durch mindestens zwei Schlitze, z. B. 26a, 26b, 26c und 26d, angeordnet und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen ist dazu eingerichtet in die Aussenfläche 28 des Rades 10 einzugreifen.
Festzuhalten ist, dass in Anbetracht des oben Gesagten die vorliegende Erfindung allgemein auch ein Verfahren zum Montieren einer Schaufel in einem Drehmomentwandlerrad aufweist. In einer Ausführungsform des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung weist das Rad 10 jeweils eine Innenfläche 24 und eine Aussenfläche 28 auf, und mindestens zwei Schlitze, die hindurchgehend angeordnet sind, z. B. Schlitze 26a, 26b, 26c und 26d. Die Schaufel 12 weist einen Körper 16 auf, der eine Aussenkante 18 aufweist, die dazu eingerichtet ist, mit der Innenfläche 24 des Rades 10 übereinzustimmen, mindestens zwei Schaufelklappen, z. B. Schaufelklappen 20a, 20b, 20c und 20d, die einstückig mit der Aussenkante 18 ausgebildet sind, und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtflansch, z. B. einen Dichtflansch 22a, 22b, 22c und 22d, der neben mindestens einer zwei der Schaufelklappen liegt. In dieser Ausführungsform des Verfahrens gemäss der vorliegenden Erfindung ist der mindestens eine Dichtflansch einstückig mit der Aussenkante 18 ausgebildet und erstreckt sich von dieser, und der mindestens eine flexible Dichtflansch ist dazu eingerichtet, mit der Innenfläche 24 des Rades 10 übereinzustimmen. Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung weist die folgenden Schritte auf: a) Einfügen der mindestens zwei Klappen durch die mindestens zwei Schlitze; b) Biegen mindestens einer der zwei Klappen um die Aussenfläche 28 in Eingriff zu bringen, z. B. mit einer Rollpresse; und c) Festlegen des mindestens einen flexiblen Dichtflansches gegen die Innenfläche 24 des Rades 10 über die mindestens eine gebogene Klappe. In einigen Ausführungsformen weist das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung den folgenden Schritt auf: d) zur Verfügung stellen einer fluidischen Abdichtung zwischen dem mindestens einen flexiblen Dichtflansch und der Innenfläche 24 des Rades 10, z. B. der Schnittstelle 48.
Daraus wird ersichtlich, dass die Ziele der vorliegenden Erfindung wirksam erreicht werden, obgleich Modifikationen und Änderungen an der Erfindung für Fachleute ersichtlich sind, und diese Modifikationen sich innerhalb des Schutzumfangs der beanspruchten Erfindung befinden. Festzuhalten ist auch, dass die vorangegangene Beschreibung lediglich die vorliegende Erfindung beispielhaft darstellt und in keinster Weise einschränkt. Daher sind andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung möglich ohne über den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung hinauszugehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 3673659 [0003, 0005, 0006, 0007]
- US 3817656 [0003]
- US 2660957 [0005, 0006, 0007]
- US 5794436 [0005, 0006, 0007]
- US 5893704 [0006, 0008]

Claims

Schaufel (12) für einen Drehmomentwandler (10), die Folgendes aufweist: einen Körper (16), der eine Aussenkante (18) aufweist; mindestens zwei Schaufelklappen (20a, 20b, 20c, 20d), die mit der Aussenkante (18) einstückig ausgebildet sind, und sich von dieser erstrecken, und mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch (20a, 20b, 20c, 20d), der an mindestens eine der beiden Schaufelklappen angrenzt, wobei der mindestens eine Dichtungsflansch (20a, 20b, 20c, 20d) einstückig mit der Aussenkante (18) ausgebildet ist und sich von dieser erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenkante (18) so ausgeführt ist, dass sie mit einer inneren Oberfläche eines Rades des Drehmomentwandlers (10) übereinstimmt, wobei die innere Oberfläche mindestens zwei Schlitze (26a, 26b, 26c, 26d) aufweist und der mindestens eine Dichtungsflansch (22a, 22b, 22c, 22d) so ausgeführt ist, dass er mit der inneren Oberfläche des Rades übereinstimmt, so dass eine fluidische Dichtung entsteht.
Schaufel (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schaufelklappen (20a, 20b, 20c, 20d) durch die mindestens zwei Schlitze (26a, 26b, 26c, 26d) angeordnet sind und mindestens eine der mindestens zwei Schaufelklappen (20a, 20b, 20c, 20d) so ausgeführt sind, dass sie in eine Aussenfläche des Rades eingreifen.
Schaufel (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Dichtungsflansch (22a, 22b, 22c, 22d) im Vergleich zu den mindestens zwei Schaufelklappen (20a, 20b, 20c, 20d) erhöht ist.
Schaufel (12) nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Dichtungsflansch (22a, 22b, 22c, 22d) zwischen den mindestens zwei Schaufelklappen (20a, 20b, 20c, 20d) angeordnet ist.
Schaufel (12) nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (16) weiterhin eine Innenkante aufweist, die mindestens eine Kernklappe aufweist, die in einen Kernring eingreifen kann.
Schaufel (12) nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rad ein Turbinenrad oder ein Pumpenrad ist.
Verfahren zur Montage einer Schaufel (12) in einem Drehmomentwandlerrad (10), wobei die Schaufel (12) eine Innenfläche und eine Aussenfläche und mindestens zwei dadurch angeordnete Schlitze (26a, 26b, 26c, 26d) aufweist, und die Schaufel (12) einen Körper (16) aufweist, der eine Aussenkante (18) aufweist, die mit der Innenfläche eines Rades übereinstimmt, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Einfügen von mindestens zwei Klappen (20a, 20b, 20c, 20d) durch die mindestens zwei Schlitze; – Biegen mindestens einer der mindestens zwei Klappen (20a, 20b, 20c, 20d), um in die Aussenfläche einzugreifen; und – Festlegen des mindestens einen flexiblen Dichtungsflansches (22a, 22b, 22c, 22d) gegen die Innenfläche des Rades.
Verfahren zur Montage einer Schaufel (12) in einem Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 7, welches zusätzlich den folgenden Schritt aufweist: – zur Verfügung stellen einer fluidischen Abdichtung zwischen dem mindestens einen flexiblen Dichtungsflansch (22a, 22b, 22c, 22d) und der Innenfläche des Rades.