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Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler gemäß dem Oberbegriff der
Ansprüche
1 oder 12.
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Aus der
EP 0 070 662 A1 ist ein
hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem zumindest ein Pumpen-
und ein Turbinenrad aufweisenden hydrodynamischen Kreis bekannt,
wobei sowohl das Pumpen- als auch das Turbinenrad jeweils mit einer äußeren Schale
zur Aufnahme einer zur Bildung von Strömungskammern dienenden Beschaufelung
versehen ist, und die Schaufeln jeweils an ihren von der jeweiligen äußeren Schale
abgewandten Schaufelkanten mit einer als Teil eines Innentorus wirksamen inneren
Schale versehen sind. Die Schaufeln des Turbinenrades verfügen sowohl
an ihren der äußeren Schale
zugewandten Schaufelkanten als auch an ihren der inneren Schale
zugewandten Schaufelkanten über
Anbindungselemente in Form von angeformten Laschen, die zur Verbindung
der Schaufeln mit den Schalen Aussparungen in den letztgenannten
durchgreifen und hierfür
einen vorbestimmten Mindestüberstand
gegenüber
der jeweils zugeordneten Schaufelkante aufweisen, wobei der Mindestüberstand
eine plastische Verformung der Anbindungselemente zur Herstellung
einer Befestigung der Schaufeln an den Schalen durch Hintergreifung
derselben an deren jeweils von den Schaufeln abgewandten Rückseiten
ermöglicht.
Beim Pumpenrad ist diese Art der Verbindung zwischen Schaufel und Schale
zwar für
die innere Schale realisiert, jedoch ist für die Verbindung der der äußeren Schale
zugewandten Schaufelkanten der Schaufeln mit dieser Schale vorzugsweise
ein anderer konstruktiver Weg zu wählen, da trotz der Befestigung
der Schaufeln im Pumpenrad für
die zwingend benötigte
Dichtheit des Wandlergehäuses
gesorgt sein muss. Aus diesem Grund ist die äußere Schale des Pumpenrades
nicht durch Aussparungen für
die Anbindungselemente unterbrochen, sondern lediglich mit Vertiefungen
für dieselben.
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Die europäische Offenlegungsschrift behandelt
eine spezielle Wandlerausbildung, bei welcher der hydrodynamische
Kreis, in der Fig. mit H bezeichnet, sich in vergleichsweise großem Abstand
R; zu einer Mittenachse A befindet, weshalb derartige Drehmomentwandler
in Fachkreisen kurz als Hoch/Rund-Ausführung bezeichnet sind. Hoch/Rund-Ausführungen
haben den Vorteil, dass der hydrodynamische Kreis wegen seines großen Abstandes
zur Mittenachse in Radialrichtung über eine begrenzte Höhe H verfügt, so dass
bei Ausgestaltung sowohl des Pumpen- als auch des Turbinenrades
jeweils mit einem der idealen Kreisform angenäherten Querschnitt nur eine
begrenzte Axialerstreckung des hydrodynamischen Kreises in Kauf
genommen werden muss, wodurch hervorragende hydrodynamische Eigenschaften
mit geringem axialen Bauraumbedarf erzielt werden können. Es
besteht allerdings wegen sehr starker Schalenkrümmung das Problem, die Schaufeln
mitsamt deren Anbindungselementen in die zur Befestigung an den
Schalen bestimmten Positionen einfädeln, wobei die zur Aufnahme
der Anbindungselemente benötigten
Aussparungen in den Schalen zum Erhalt der benötigten Festigkeit mit geringstmöglicher Übergröße gegenüber den Anbindungselementen
auszubilden sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Schaufeln für
zumindest ein Laufrad des hydrodynamischen Kreises derart auszubilden,
dass auch bei starker Schalenkrümmung
infolge eines radial sehr kompakten hydrodynamischen Kreises eine problemlose
Herstellbarkeit und Montierbarkeit der Schaufeln bei gewünschter
Betriebsfestigkeit gewährleistet
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
in den Kennzeichen der Ansprüche
1 oder 12 angegebenen Merkmale gelöst.
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Erfindungsgemäß ist eine Schaufelplatine vorgesehen,
die mittels fertigungstechnischer Bearbeitungsvorgänge, wie
beispielsweise mittels eines Stanzvorganges, durch Entfernen von
Platinenmaterial aus einem Freistellungsbereich eine Schaufel, die
Fixierstege für
die Schaufel und einen die Fixierstege aufnehmenden Platinenrahmen
entstehen lässt.
Durch weitere, sich anschließende
Bearbeitungsvorgänge,
wie beispielsweise durch Umformvorgänge, kann die Schaufel mit
einer gewünschten Krümmung ausgebildet
werden. Vorzugsweise kann die Schaufel in derjenigen Ebene, die
von der Strömungsaustrittskante
in Richtung zur Strömungseintrittskante
führt,
mit einer ersten Krümmungsebene versehen
sein, während
die Strömungsaustrittskante mit
einer Schaufelkrümmung
in Erstreckungsrichtung und daher mit einer gegenüber der
ersten Krümmungsebene
mit Versatz ausgebildeten zweiten Krümmungsebene verlaufen kann.
Die von der Strömungsaustrittskante
der Schaufel weglaufende erste Krümmungsebene strebt im wesentlichen
einer Neutrallinie an der Schaufel zu, an welcher die Zone mit Schaufelkrümmung in
eine ebenflächige
Zone der Schaufel übergeht.
Vorzugsweise wird diese Neutrallinie dazu genutzt, um die Schaufel
an denjenigen Stellen, an denen die jeweilige Schaufelkante die Neutrallinie
der Schaufel schneidet, an den Fixierstegen des Platinenrahmens
anzubinden. Die Anbindung der Schaufel an den Fixierstegen jeweils
im Bereich der Neutrallinie ist von Vorteil, da hierdurch die Schaufel
mit einem Bereich im Platinenrahmen gehalten ist, in welchem die
Schaufel wegen der Vorgabe der Ebenflächigkeit entlang der Neutrallinie
keinem Vertormungsvorgang unterworfen ist. Mit zunehmendem Abstand
von dieser Neutrallinie, also in einem Bereich, in welchem die Schaufel
gegenüber dem
Platinenrahmen vollständig
freigestellt ist, kann die Schaufel dagegen mit beliebiger Krümmung verformt
werden. Sobald die Schaufel derart freigestellt und geformt ist,
kann sie durch einen abschließenden fertigungstechnischen
Trennvorgang von den Fixierstegen und damit vom Platinenrahmen gelöst werden.
Die Schaufel steht sodann für
einen Einbau in das hierfür
bestimmte Laufrad zur Verfügung.
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Aus fertigungstechnischen Gründen hat
es sich als vorteilhaft erwiesen, die Anbindungselemente, unabhängig davon,
ob sie an der der äußeren Schale
eines Laufrades zugewandten Schaufelkante oder an der der inneren
Schale zugewandten Schaufelkante vorgesehen sind, ebenflächig auszubilden, da
sich hierdurch einerseits auch bei Ausbildung der zugeordneten Aussparung
nur um Spielbreite größer als
das Anbindungselement, das Einfügen
desselben einfacher gestaltet als bei krümmungsbehafteten Anbindungselementen,
und zum anderen ist aufgrund der Ebenflächigkeit der Anbindungselemente
die hierfür
vorgesehene Aussparung in der bezüglich ihrer Dimensionierung
und ihres Erstreckungsverlaufs leicht an das jeweilige Anbindungselement
anpassbar, was wiederum einer exakten Einpassung der Schaufel in
die jeweilige Schale des Laufrades und damit dem Erhalt der Betriebsfestigkeit
sowie einer Vermeidung von Klappergeräuschen zugute kommt. Es ist
hierbei zu bedenken, dass die Ausbildung der Aussparung in den Schalen
vor Herstellung der Schaufelkrümmung
erfolgt, so dass, würden
für gekrümmte Anbindungselemente
gekrümmte
Aussparungen in der Schale benötigt,
deren Erstreckungsverlauf ebenso wie deren Position innerhalb der Schale
bei Herstellung der Schalenkrümmung
sich wesentlich verändern
können.
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Da somit die Anbindungssegmente einerseits
ebenflächig
ausgebildet sein sollen, andererseits die Schaufel aufgrund hydrodynamischer
Bedingungen zumindest teilweise über
einen mit Krümmung
ausgebildeten Bereich verfügen
kann, entstehen speziell an den Stellen der Schaufel, an denen eine
ebenflächige
Zone, wie beispielsweise die besagten Anbindungselemente, in eine
Zone mit Schaufelkrümmung übergeht,
Probleme, weshalb vorgesehen ist, wenigstens einen Übergang
von einer Wurzel eines Anbindungselementes zur benachbarten, mit
Schaufelkrümmung
ausgebildeten Schaufelkante, mit einem Entlastungsfreischnitt auszubilden,
welcher, ausgehend von der Wurzel des Anbindungselementes, über die
Schaufelkante in die Schaufel hineingreift und von dort aus mittels
eines vorbestimmten Übergangsradius
zur Schaufelkante zurückführt. Selbstverständlich wird
diese Maßnahme
bereits bei Herstellung der Schaufel erfolgen, so dass durch den
Entlastungsfreischnitt gleichzeitig ein herstellungsbedingter Schneidgrad
an der Schaufel entfernt werden kann.
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Dieser Schneidgrad wird insbesondere
dann entstehen, wenn die Schaufel aus einem metallischen Trägermaterial
mit einer Beschichtung aus weicherem Material, beispielsweise aus
Kupfer, für zumindest
eine Seite des Trägermaterials
hergestellt ist, wobei üblicherweise
eine derartige Kupferbeschichtung durch Aufwalzen auf das Trägermaterial aufgebracht
und das dementsprechend behandelte Trägermaterial als „kupferplatiniert" bezeichnet wird. Beim
Durchtrennen des kupferplatinierten Trägermaterials würde an derjenigen
Seite, an welcher ein Schneidwerkzeug eindringt, ein Feinschnittbereich entstehen,
während
ein tiefer im Trägermaterial
liegender Restbereich bei weiterem Eindringen des Schneidwerkzeuges
wegbricht und dabei mit seiner Bruchkante tief in das weichere Platinierungsmaterial an
der vom Schneidwerkzeug abgewandten Seite eindringt. Dadurch würde ein
Schneidgrad entstehen, der erst nach Abtragen der Platinierungsschicht sichtbar
wird, wobei dieses Abtragen der Platinierungsschicht nach Einsetzen
der Schaufeln in die zugeordneten Schalen des Laufrades durch Erhitzung in
Form eines Abschmelzens erfolgt, wobei diese Abschmelzung als Lot
zur Festverbindung der Schaufeln mit den Schalen dient. Dieser Schneidgrad
würde durch
den zuvor erläuterten
Entlastungsfreischnitt aus einem kritischeren Bereich der Schaufel
in einen weniger kritischen Bereich verlagert. Ergänzend oder alternativ
kann der Schneidgrad aber auch durch einen die Oberfläche der
Schaufel glättenden
Prägevorgang
zumindest weitgehend eingeebnet werden. Mit Vorzug wird ein derartiger
Prägevorgang
im Bereich der Strömungseintrittskante
und/oder der Strömungsaustrittskante
der Schaufel vorgenommen, um einen möglichst glattflächigen Strömungsverlauf
sowohl am Eintritt der Strömung
des hydrodynamischen Kreises in das jeweilige Laufrad als auch beim Austritt
der Strömung
aus diesem Laufrad zu gewährleisten.
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Die einzelnen Schaufelplatinen sind
vorzugsweise von einer Bandrolle abtrennbar, und bestehen vorzugsweise
aus dem bereits erläuterten Platinenmaterial,
nämlich
einem kupferplatinierten metallischen Trägermaterial, wie beispielsweise
DD 03, also einem handelsüblichen
Stahl.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 die
obere Hälfte
eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers im Schnitt;
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2 eine
vergrößerte Herauszeichnung des
in 1 mit X bezeichneten
hydrodynamischen Kreises,
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3 eine
vergrößerte Herauszeichnung der
in 2 mit Y bezeichneten
Einzelheit;
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4 eine
Herauszeichnung einer Schaufel, wie sie der 2 am Turbinenrad entnehmbar ist;
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5 eine
vergrößerte Herauszeichnung des
radial äußeren Abschnittes
der Schaufel nach 4;
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6 wie 4, aber mit zwei Anbindungssegmenten
an der einer inneren Schale zugewandten Schaufelkante;
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7 Draufsicht
auf eine innere Schaufel mit Durchgang der Anbindungssegmente der
Schaufel gemäß 6;
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8 eine
Schaufelplatine mit einem Platinenrahmen und Fixierstegen zur Aufnahme
einer Schaufel;
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9 eine
vergrößerte Herauszeichnung der
Einzelheit Z in 8;
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10 eine
Bandrolle auf einem Transportelement zur Herstellung von Schaufelplatinen;
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11 einen
Querschnitt durch das Platinenmaterial.
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1 zeigt
einen hydrodynamischen Wandler mit einem Wandlergehäuse 1,
das im Bereich einer Mittenachse 2 über einen Lagerzapfen 3 verfügt, der
an einen Wandlerdeckel 5 angeformt ist und in üblicher,
daher nicht gezeigter Weise in eine Aufnahme einer Kurbelwelle einer
Brennkraftmaschine einsetzbar ist. Im radial äußeren Bereich des Wandlerdeckels 5 ist
ein Befestigungselement 7 vorgesehen, das – vorzugsweise über eine
in üblicher
Weise vorgesehene und daher nicht gezeigte Flexplate – zur Anbindung
des Wandlergehäuses 1 an
die bereits erwähnte
Kurbelwelle dient.
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Der Wandlerdeckel 5 ist
mit einer äußeren Schale 9 eines
Pumpenrades 11 verbunden, das im radial inneren Bereich
in eine Pumpenradnabe 13 übergeht, die zur Anlage einer
Axiallagerung 15 dient, an welcher sich ein Radialansatz 21 einer
Leitradnabe 17 des Freilaufs 19 eines Leitrades 25 abstützt. Die
Leitradnabe 17 ist mit einem weiteren Radialansatz 23 ausgebildet,
der an der Gegenseite des Freilaufes 19 an einer Axiallagerung 27 zur
Anlage kommt, die zwischen sich und einer weiteren Axiallagerung 28 eine
Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 aufnimmt,
die Teil eines Torsionsschwingungsdämpfers 31 ist. Die
Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 nimmt
radial außerhalb
des Freilaufes 19 einen Fuß 36 eines Turbinenrades 35 auf,
wobei dieser Fuß 36 radial
weiter außen
unterbrechungsfrei in die äußere Schale 33 des
Turbinenrades 35 übergeht.
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Der Fuß 36 des Turbinenrades 35 ist über einen
Anschlag 37 mit einem Außenlamellenträger 39 fest
verbunden, wobei dieser Anschlag 37 die Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 mit
Spiel in Umfangsrichtung durchgreift und damit dem Turbinenrad 35 sowie
dem Außenlamellenträger 39 zu
einem begrenzten Relativdrehungsweg gegenüber der Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 verhilft,
wobei der Anschlag 37 die Begrenzung dieses Relativdrehungsweges
bildet. Ergänzend
zum Anschlag 37 ist im Fuß 36 des Turbinenrades 35 ein
erstes Federfenster 43 und im Außenlamellenträger 39 ein
zweites Federfenster 45 zur Aufnahme eines Umfangsfedersatzes 49 vorgesehen,
wobei sich der Umfangsfedersatz 49 anderenends an einem
Federfenster 47 der Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 abstützt.
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Der erwähnte Außenlamellenträger 39 ist Teil
einer Überbrückungskupplung 41 und
nimmt Außenlamellen 51 drehfest
auf, die über
Reibbeläge 53 verfügen und
in Wirkverbindung mit einer Innenlamelle 55 stehen, die
an einer Drehsicherung 57 des Wandlerdeckels 5 befestigt
ist.
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An einer Wandlerdeckelnabe 67 des
Wandlerdeckels 5 ist ein Kolben 59 der Überbrückungskupplung 41 aufgenommen,
der über
eine Tangentialblattfeder 61 mit einem Haltelement 63 axial
verlagerbar, aber drehfest verbunden ist, wobei dieses Haltelement 63 an
einem Radialvorsprung 65 einer Wandlerdeckelnabe 67 befestigt
ist, die an ihrem Sitz für
den Kolben 59 über
eine Nutung 69 zur Aufnahme einer Dichtung 71 verfügt. Weiterhin
ist die Wandlerdeckelnabe 67 mit Radialkanälen 73 ausgebildet,
die einerends mit Radialbohrungen 78 einer Getriebeeingangswelle 77 fluchten
und anderenends in eine Druckkammer 75 axial zwischen dem
Wandlerdeckel 5 und dem Kolben 59 münden. Da
die Radialbohrungen 78 mit einer Innenbohrung 81 der
Getriebeeingangswelle 77 in Strömungsverbindung stehen, wird ein Überdruck
in der Druckkammer 75 für
einen Abhub des Kolbens 59 von den Lamellen 51, 55 zum Ausrücken der Überbrückungskupplung 41 und
ein Überdruck
auf der Gegenseite des Kolbens 59 zum Einrücken derselben führen.
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Die Getriebeeingangswelle 77 steht über eine
Verzahnung 79 mit der Torsionsschwingungsdämpfernabe 29 in
drehfester Verbindung, und ist durch eine Stützwelle 83 unter Bildung
eines Ringkanals 89 umschlossen, wobei diese Stützwelle 83 über eine
Verzahnung 85 in Drehverbindung mit dem Freilauf 19 steht.
Die Stützwelle 83 ist
ihrerseits unter Bildung eines Ringkanals 91 von der Pumpenradnabe 13 umschlossen.
Die Ringkanäle 89, 91 dienen über Durchflusskanäle 93, 95 in
den Radialansätzen 21, 23 der
Leitradnabe 17 zur Versorgung eines hydrodynamischen Kreises 100 zwischen
Pumpenrad 11, Turbinenrad 35 und Leitrad 25.
Des weiteren wird aufgrund des im hydrodynamischen Kreis 100 herrschenden
Druckes in bereits beschriebener Weise die dem Torsionsschwingungsdämpfer 31 zugewandte
Seite des Kolbens 59 mit Druck beaufschlagt.
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Zur Beschreibung der Details im hydrodynamischen
Kreis 100 wird auf 2 verwiesen,
welche am Pumpenrad 11 Schaufeln 102 erkennen
lässt,
die mit ihrer der äußeren Schale 9 des
Pumpenrades 11 zugewandten Schalenkante 104 in
Nutungen 106 der äußeren Schale 9 eindringen
und damit flüssigkeitsdicht
in der äußeren Schale 9 aufgenommen
sind. An der einer inneren Schale 114 des Pumpenrades 11 zugewandten
Schalenkante 108 ist dagegen ein Anbindungselement 110 vorgesehen,
das eine Aussparung 116 der inneren Schale 114 des
Pumpenrades 11 durchdringt und die Rückseite 118 der inneren Schale 114 hintergreift.
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Die in 2 eingezeichneten
Pfeile symbolisieren die Strömungsrichtung
des hydrodynamischen Kreises 100, wobei das zuvor beschriebene Turbinenrad
11 im radial äußeren Bereich
eine Strömungsaustrittskante 120 aufweist,
die mit einer Strömungseintrittskante 122 einer
Schaufel 124 des Turbinenrades 35 zusammenwirkt.
Ebenso zeigt 2 im radial
inneren Bereich der Schaufel 124 des Turbinenrades 35 eine
Strömungsaustrittskante 123,
wobei die austretende Strömung
nach Durchgang durch das Leitrad 25 zur radial innen liegenden
Strömungseintrittskante 121 der
Schaufel 102 des Pumpenrades 11 gelangt.
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An der Schaufel 124 des
Turbinenrades 35 sind an der der äußeren Schale 33 des
Turbinenrades 35 zugewandten Schalenkante 126 Anbindungselemente 127 bis 129 vorgesehen,
die entsprechende Aussparungen 130 bis 132 der äußeren Schale 33 durchgreifen.
Hierbei sind die radial äußeren Anbindungselemente
mit 127 bezeichnet, die radial inneren Anbindungselemente
mit 128 und die beiden radial dazwischenliegenden Anbindungselemente
mit 129. Die radial äußere Aussparung
ist mit 130 bezeichnet, die radial innere Aussparung mit 132 und die
radial dazwischenliegenden Aussparungen jeweils mit 131.
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4 zeigt
die Herauszeichnung der in 2 erkennbaren
Schaufel 124, und zwar vor einem Einbau in das Turbinenrad 33,
das ebenso wie das Pumpenrad 11 als Laufrad dient. Wie 4 zeigt, sind die jeweiligen
Anbindungselemente 127 bis 129 in Form von über die
Schaufelkante 126 hinausragenden Laschen realisiert, die
bei Einführung der
Schaufel 124 in die äußere Schale 33 des
Turbinenrades 35 durch die entsprechenden Aussparungen 130 bis 132 gesteckt
werden. Sobald eine vorbestimmte Position der Schaufel 124 in
der äußeren Schale 33 des
Turbinenrades 35 eingenommen ist, werden die Anbindungselemente 127 bis 129 für eine Hintergreifung
der Rückseite 134 der äußeren Schale 33 umgebogen,
was vorzugsweise mittels eines Verrollvorganges erfolgen kann.
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Daraufhin kann auf das in 4 deutlich erkennbare, über die
Schaufelkante 136 der Schaufel 124 hinausragende
Anbindungselement 138 eine innere Schale 144 aufgeschoben
werden, wobei diese eine dem Anbindungselement 138 angepasste
Aussparung 142 aufweist. Auch hier wird, nach Aufstecken
der inneren Schale 144, das freie Ende des Anbindungselementes 138 zur
Hintergreifung der Rückseite 146 der
inneren Schale 144 vorzugsweise mittels eines Verrollvorganges
umgebogen und dadurch die entgültige
Positionierung der Schaufeln 124 des Turbinenrades 35 sichergestellt.
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Die innere Schale 114 des
Pumpenrades 11 bildet zusammen mit der inneren Schale 144 des
Turbinenrades 35 einen Innentorus 148, der nach
radial innen durch den an den Leitradschaufeln 150 des Leitrades 25 aufgenommen
Leitradkranz 152 abgeschlossen ist.
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Es sei darauf hingewiesen, dass bezüglich der
Befestigung der Innenschale 114 des Pumpenrades 11 an
dessen Schaufeln 102 die gleiche Vorgehensweise Anwendung
finden kann wie bei der Befestigung der Innenschale 144 des
Turbinenrades 35 an dessen Schaufeln 124. Dies
gilt nicht nur für
die bereits beschriebene konstruktive Ausführung von Anbindungselement 110, 138 und
Aussparung 116, 142 gemäß 2 bis 4,
sondern darüber
hinaus auch für
andere konstruktive Ausführungen,
von denen beispielsweise eine in 6 und 7 dargestellt ist und noch
ausführlich
behandelt wird.
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Zurückkommend auf die Anbindungselemente 127 bis 129 an
der der äußeren Schale 33 des Turbinenrades
zugewandten Schaufelkante 126, ist gemäß den 2 bis 4 das
radial inneren Anbindungselement 128 des Turbinenrades 35 zweiteilig ausgebildet,
und zwar mit einem Haltesegment 154 als ersten Teil, das
gemäß den
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3 und 4 um einen Mindestüberstand
HM über
die Schaufelkante 126 hinausragt. Der zweite Teil des Anbindungselementes 128 wird
durch ein Positioniersegment 158 gebildet, das unmittelbar
an das Haltesegment 154 angrenzt, gegenüber der Schaufelkante 126 aber
einen deutlich geringeren Überstand
aufweist als das Haltesegment 154, nämlich einen Restüberstand
HR. Wie insbesondere die 3 zeigt,
ist dieser Restüberstand
HR derart ausgelegt, dass das Positioniersegment 158 zwar in die Aussparung 132 der äußeren Schale 33 des
Turbinenrades 35 eingreift, aber nicht über dessen von der Schaufelkante 126 abgewandte
Rückseite 134 hinausragt.
Dieses Hinausragen ist dagegen bei dem Haltesegment 154 erforderlich,
so dass dieses für
die Festverbindung der Schaufel 124 an der Rückseite 134 der äußeren Schale 33 zur
Herstellung der Hintergreifung umgebogen werden kann. Das Positioniersegment 158 des
Anbindungselementes 128 wird dagegen durch eine Vergrößerung der
Kontaktfläche innerhalb
der Aussparung 132 für
eine stabilere Führung
der , Schaufel 124 in der Schafe 33 quer zur Erstreckungsrichtung
des Anbindungselementes 128 sorgen und dennoch aufgrund
seines vergleichbar geringen Restüberstandes HR das Einschieben
der Schaufel 124 in die Schale 33 erleichtern.
Dies ist bei Betrachtung insbesondere der 3 und 4 verständlich,
da durch Ausbildung des Positioniersegmentes 158 mit dem
geringen Restüberstand
HR die Erstreckungsweite der Schaufel 124 in Radialrichtung
geringer ist als dies bei Ausführung
des gesamten Anbindungselementes 128 in der Höhe des Mindestüberstandes
HM der Fall wäre.
Diese Ausführung
ist insbesondere dann von Vorteil, wenn, wie die 4 oder 5 zeigen,
im radial äußeren Bereich
der Schaufel 124 eine Anfasung 174 vorgesehen
ist, um welche das radial äußere Erstreckungsende 170 der
Schaufel 124 gekürzt
ist.
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Die Schaufel 124 wird bei
Ausbildung mit der Anfasung 174 vorzugsweise mit ihrem
radial äußeren Erstreckungsende 170 in
die Schale 33 eingesteckt, so dass zumindest das radial äußere Anbindungselement 127 in
die radial äußere Aussparung 130 eingeschoben
wird. Hierbei nimmt die Schaufel 124 eine Position innerhalb
der Schale 33 ein, in welcher die Anfasung 174 das
Zentrum für
eine Schwenkbewegung der Schaufel 124 in die äußere Schale 33 bildet. Bei
dieser Schwenkbewegung wird das radial innere Erstreckungsende 172 der
Schaufel 124 den größten Schwenkweg
zurücklegen,
wobei in der Anfangsphase der Schwenkbewegung das Haltesegment 154 zunächst an
einer Begrenzung 164 der Aussparung 132 entlang
gleitet, um bei fortgesetzter Schwenkbewegung in die Aussparung 132 einzutauchen.
Bei weiterhin fortgesetzter Schwenkbewegung der Schaufel 124 wird
auch das Positioniersegment 158 durch Entlanggleiten an
der Begrenzung 164 die Aussparung 132 passieren
und anschließend
derart in diese Aussparung 132 eindringen, dass ein Stützabschnitt
162 am Positioniersegment 158 des Anbindungselementes 128 an
der Begrenzung 164 der Aussparung 132 in Anlage
kommt. Vorzugsweise sind hierbei sowohl die Anbindungselemente 127 und 128 ebenso
wie die Aussparungen 130 und 132 derart dimensioniert
und zueinander ausgerichtet, dass im eingesetzten Zustand der Schaufel 124 auch das
radial äußere Anbindungselement 127 mit
einem Stützabschnitt 166 an
einer Begrenzung 168 der Aussparung 130 der Schale 33 zur
Anlage kommt. Wenn der Kontakt zwischen dem jeweiligen Stützabschnitt 162, 166 der
Anbindungselemente 127, 128 und der jeweiligen
Begrenzung 164, 168 der Aussparungen 130, 132 ein
Einrasten der Anbindungselemente 127, 128 erst
dann zulässt,
wenn die Schaufel 124 mit geringer Vorspannung in der Schale 33 aufgenommen
ist, werden die Schaufeln 124 aufgrund dieser leichten
Vorspannung klapperfrei in der Schale 33 gehalten.
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Abschließend sei festzuhalten, dass
die Erstreckungsbreite L1 beispielsweise des in üblicher Weise ausgebildeten
Anbindungselementes 127, wie 2 oder 4 zeigt, deutlich geringer
ist als die Größe L2 des
mit Haltesegment 154 und Positioniersegment 158 ausgebildeten
Anbindungselementes 128, wobei bedingt durch das Haltesegment 154,
die reine Hintergreifungsbreite des Anbindungselementes 128 vergleichbar
groß ist
wie bei den übrigen
Anbindungselementen 127, 129. Ergänzend bietet
sich aber aufgrund des Positioniersegmentes 158 der Vorteil
für das
Anbindungselement 128, dieses bis unmittelbar an das radial
innere Erstreckungsende 172 der Schaufel 124 heranführen zu
können
und dadurch der Schaufel 124 die in diesem Bereich dringend
benötigte
Abstützung
gegen den von der Strömung
im hydrodynamischen Kreis 100 aufgebauten Druck zur Verfügung zu
stellen. Zugunsten einer noch besseren Abstützung der Schaufel 124 gegen diesen
Druck kann ergänzend
vorgesehen sein, die in 4 gezeigte
Strömungsaustrittskante 123 der Schaufel 124 entlang
ihrer Erstreckung mit einer Krümmung
auszubilden. Es hat sich gezeigt, dass diese Maßnahme die Stabilität der Schaufel 124 gegen
den hydrodynamischen Druck erhöht.
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Die Schaufel
124 in
4 zeigt an ihrer der inneren
Schale
144 des Turbinenrades
35 zugewandten Seite
ein einzelnes Anbindungselement
138, das bei der angestrebten
engen radialen Dimensionierung der inneren Schale
144 besser
unterzubringen ist als zwei Anbindungselemente, wie sie beim Stand
der Technik, beispielsweise bei der eingangs zitierten
EP 0 070 662 A1 vorgesehen
sind. Um dennoch die benötigte
Betriebsfestigkeit der Schaufeln
124 im Turbinenrad
35 beibehalten
zu können,
ist vorgesehen, anstelle der üblichen
und beim vorgenannten Stand der Technik zeichnerisch dargestellten
drei Anbindungselemente im Bereich der äußeren Schale nunmehr vier Anbindungselemente
127 bis
129 zu
verwenden und somit die äußere Schale
33 des
Turbinenrades
35 zur Abstützung der Schaufeln
124 in
Bezug zur anderen Schaufelkante
136 heranzuziehen.
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Bei radial besonders kleinen und
daher extrem gekrümmten
inneren Schalen 144 des Turbinenrades 35 wird
selbst bei Reduzierung der Anzahl an Anbindungselementen 138 auf
ein Anbindungselement 138 dasselbe aufgrund seiner in Radialrichtung
relativ breiten Ausführung
beim Umbiegen zur Hintergreifung der Rückseite 146 der inneren
Schale 144 schwer handhabbar sein, weshalb gemäß 6 vorgesehen ist, das Anbindungselement 138 mit
einer Mehrzahl von Anbindungssegmenten 180, 182 auszubilden,
die aufgrund geringerer Erstreckung in Radialrichtung und aufgrund
eines möglichen
winkelmäßigen Versatzes α (vgl. 7) zueinander sehr feinfühlig an
starke Krümmungen
der inneren Schale 144 anpassbar sind. Bevorzugt sind hierbei
die Anbindungssegmente 180, 182 ebenso auch wie
ein einstückiges
Anbindungselement 138 gemäß 4 ebenflächig ausgebildet, was die linke
Zeichnungsseite der 7 in
anschaulicher Weise zeigt. Aufgrund dieser Ebenflächigkeit
kann die Aussparung 142 hinriechend schmal bemessen werden,
so dass das jeweilige Anbindungselement 138 nahezu ohne Spiel
insbesondere in Umfangsrichtung der inneren Schale 144 und
daher im wesentlichen klapperfrei eingesetzt werden kann. Selbstverständlich sollte
die Aussparung 142 dann, wenn eine Mehrzahl von Anbindungssegmenten 180, 182 jeweils
unter einem Winkel α zueinander
eingefügt
werden soll, mit Aussparungsabschnitten 186, 188 ausgebildet
sein, die ebenfalls unter dern Winkel α zueinander ausgerichtet und
daher bestmöglich
an die Anbindungssegmente 180, 182 angepasst sind.
-
Die Ebenflächigkeit der Anbindungselemente 138 oder
der Anbindungssegmente 180, 182 hat außer dem
erwähnten
Vorteil besserer Klapperfreiheit weiterhin eine einfachere Fertigung
der inneren Schale 144 zur Folge, da die Aussparung 142 oder die
Aussparungsabschnitte 186, 188 vor Herstellung der
Krümmung
an der inneren Schale 144 herausgetrennt werden und bei
umso stärkerer
Krümmung
der inneren Schale 144 der immer stärkeren Gefahr unterliegen,
bezüglich
ihrer räumlichen
und geometrischen Ausbildung relativ zum Anbindungselement 138 oder
zu den Anbindungssegmenten 180, 182 verändert zu
werden. Dieses Risiko wäre
bei gekrümmter
Ausführung
des Anbindungselementes 138 oder der Anbindungssegmente 180, 182 ungleich
stärker
als bei der jetzt vorliegenden ebenflächigen Ausbildung. Selbstverständlich trifft
dieses Problem auch bei den der äußeren Schale 33 des Turbinenrades 35 zugewandten
Anbindungselementen 127 bis 129 zu, jedoch würde dort
wegen der geringeren Krümmung
der äußeren Schale 33 die Ebenflächigkeit
als nicht so gravierend vorteilhaft empfunden als bei den über die
Schaufelkante 136 hinausragenden Anbindungselementen 138 oder 180, 182.
-
Im Gegensatz zu den 1 bis 7,
die sich mit der Verbindung beispielsweise der Schaufeln 124 mit
den Schalen 33, 144 des Turbinenrades 35 beschäftigen,
zeigen die 8 bis 11 unterschiedliche Bearbeitungsschritte
zur Herstellung der Schaufeln 124. Selbstverständlich sind
diese Bearbeitungsschritte ebenso für die Herstellung der Schaufeln 102 für das Pumpenrad 11 geeignet,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf eine explizite Beschreibung
im Hinblick auf die Schaufeln 102 verzichtet wird. Ein
Unterschied bei den Schaufeln 102 gegenüber den Schaufeln 124 besteht
lediglich im Wegfall der beispielsweise in 8 erkennbaren Anbindungselemente gegenüber der
Schalenkante 126, was auf die beschriebenen Herstellungsschritte
der Schaufeln aber keinen Einfluss nimmt.
-
Beginnend mit 10, zeigt diese eine Bandrolle 214,
von der durch ein Trennmesser 218 jeweils in gleichen Schnittlängen Schaufelplatinen 206 abgetrennt werden.
Diese Schaufelplatinen 206 bestehen mit Vorzug gemäß 11 aus einem Trägermaterial 222,
wie beispielsweise üblicher
Stahl (DD 03), der durch beidseitige Aufwalzung einer Beschichtung 224 aus
Kupfer kupferplatiniert ist. Die Schaufelplatinen 206 können mit
Positionierbohrungen 213 (vgl. 8) ausgebildet sein, in welche an einem
Transportelement 216 vorgesehene Positionierzapfen 217 eingreifen.
Durch das Transportelement 216 werden die Schaufelplatinen 206 nach Trennung
von der Bandrolle 214 weiteren Bearbeitungsstationen zugeführt.
-
In einer dieser Bearbeitungsstationen
wird die Schaufelplatine 206 derart bearbeitet, dass gemäß 8 ein die Positionierbohrungen 213 beinhaltender
Platinenrahmen 212 verbleibt, an welchem Fixierstege 208, 210 für die Schaufel 124 vorgesehen sind.
Der restliche Teil der Schaufelplatine 206 wird dagegen
durch einen Freistellungsbereich 234 gebildet, in welchem
Platinenmaterial 220 durch Bearbeitungsvorgänge aus
der Schaufelplatine 206 entfernt wird.
-
Zwischen den beiden Fixierstegen 208 und 210 ist
eine Verbindungslinie eingezeichnet, welche die Bezugsziffer 202 trägt. Bei
dieser Verbindungslinie handelt es sich um eine Neutrallinie 202 der Schaufel 124,
wobei die Schaufel sich im Verlaufsbereich der Neutrallinie 202 durch
Ebenflächigkeit
auszeichnet. Vorzugsweise ist der Bereich gemäß 8 rechts der Neutrallinie 202 durch
eine Zone 200 mit Schaufelkrümmung ausgebildet, während der
Bereich links der Neutrallinie 202 gekrümmt oder ebenflächig ausgebildet
sein kann. Ebenfalls ebenflächig ist,
wie bereits erläutert,
das in 8 eingezeichnete Anbindungselement 138.
-
Die in 8 herausgehobene
Einzelheit Z findet in 9 eine
vergrößerte Darstellung.
Das ebenflächige
Anbindungselement 138 führt
an seiner in 9 rechten
Seite von einer Wurzel 193 mittels eines Überganges 191 zur
benachbarten Schaufelkante 136, wobei dieser Übergang 191 mittels
eines Entlastungsfreischnittes 195 vergrößert ist,
welcher, ausgehend von der Wurzel 193 des Anbindungselementes 138, über die
Schaufelkante 136 in die Schaufel 124 hineingreift
und von dort aus mittels eines vorbestimmten Übergangsradius 197 zur Schaufelkante 136 zurückführt. Durch
diesen Entlastungsfreischnitt 195 ist folgende vorteilhafte
Wirkung erzielbar:
Beim Entfernen von Platinenmaterial 220 aus
dem Freistellungsbereich 234 wird ein von der Oberseite der
Schaufelplatine 206 kommendes Schneidwerkzeug einen Teil
des Platinenmaterials 220 durch Feinschneiden trennen,
den restlichen, darunter liegenden Teil des Platinenmaterials 220 allerdings
brechen. An dieser Bruchstelle wird insbesondere dann, wenn es sich
bei dem Platinenmaterial 220 um ein durch Kupferplatinierung
beschichtetes Trägermaterial 222 handelt,
ein in 9 strichliniert
dargestellter Schneidgrad 199 in die weichere Beschichtung
des Kupfers hineingedrückt.
Da das Kupfer benötigt
wird, um die Schaufel 124 nach Einsetzen in die Schalen 33, 144 durch
Erhitzung im Sinne eines Heißlotes
zu verbinden, wird es bei diesem Vorgang vom Schneidgrad entfernt,
so dass dieser nun frei liegend, insbesondere am Übergang 191 von
dem ebenflächigen Anbindungselement 138 zur
Zone 200 mit Schaufelkrümmung
als nachteilig empfunden wird. Durch Ausbildung des Entlastungsfreischnittes 195 wird
einerseits der Schneidgrad 199 aus dem vergleichsweise
kritischen Übergangsbereich
zwischen Schaufelkante 136 und Anbindungselement 138 entfernt und
andererseits ein großvolumiger Übergang
zwischen dem ebenflächigen
Anbindungselement 138 und der Zone 200 mit Schaufelkrümmung hergestellt.
-
Was die andere Wurzel 192 des
Anbindungselementes 138 betrifft, so treten vergleichbare
Probleme zutage, zumal nach Durchführung einer Abtrennung der
Schaufel 124 vom Fixiersteg 208 ein in 9 strichliniert gezeichneter Schneidgrad 198 verbleibt.
Auch hier wird zur Entnahme dieses Schneidgrades 198 aus
einem vergleichsweise kritischen Bereich sowie zum Ausgleich eventueller
Krümmungsunterschiede,
die zwischen der Wurzel 192 des Anbindungselementes 138 und
der Neutrallinie 202 vorhanden sein können, großflächig ausgeglichen. Es werden
daher Entlastungsfreischnitte 194 beidseits der Ansatzstelle
des Fixiersteges 208 an der Schaufel 124 vorgenommen.
-
Bei der bereits erwähnten Entfernung
von Platinenmaterial 220 aus dem Freistellungsbereich 234 der
Schaufelplatine 206 wird selbstverständlich auch an der Schaufelkante 126 sowie
an den Stellen der Schaufel 124, die im Turbinenrad 35 als
Strömungseintrittskante 122 sowie
als Strömungsaustrittskante 123 dienen,
ein Schneidgrad entstehen. Während
dieser Schneidgrad entlang der Schaufelkante 126 eher von
untergeordneter Bedeutung ist, könnte
der Schneidgrad im Bereich der Strömungseintrittskante 122 und/oder
der Strömungsaustrittskante 123 Nachteile
im Strömungsverlauf
des hydrodynamischen Kreises 100 zur Folge haben. Aus diesem
Grund kann die Schaufelplatine 206 entweder nach Entfernung
von Platinenmaterial 220 aus dem Freistellungsbereich 234 oder
aber bei einem späteren
Fertigungsabschnitt durch einen Prägevorgang im Bereich der Strömungseintrittskante 122 und/oder der
Strömungsaustrittskante 123 geglättet werden. Dieser
Prägevorgang
führt,
wie beispielsweise 4 anschaulich
zeigt, zu einer Verjüngung
der Strömungseintrittskante 122 sowie
der Strömungsaustrittskante 123 der
Schaufel 124, was sich auch auf das Strömungsverhalten im hydrodynamischen
Kreis 100 positiv auswirkt.
-
Als weitere Arbeitsschritte an der
Schaufelplatine 206 nach Entfernen von Platinenmaterial 220 aus
dem Freistellungsbereich 234 ist vorstellbar, die Schaufeln 124 jeweils
mit einer Zone 200 mit Schaufelkrümmung auszubilden, die in einer
ersten Krümmungsebene 230 von
der Strömungsaustrittskante 123 der
Schaufel 124 ausgehend in Richtung zur Neutrallinie 202 verläuft (vgl. 4). Die Zone 200 kann
mit einer weiteren Schaufelkrümmung
versehen sein, die sich über
eine zweite Krümmungsebene 232 entlang
der Strömungsaustrittskante 123 erstreckt.
Auch die letztgenannte Schaufelkrümmung ist in 4 erkennbar, und zwar am Verlauf der
Strömungsaustrittskante 123.
Des weiteren ist in 4 zum
besseren Verständnis
die Neutrallinie 202 strichliniert angedeutet, da diese
in eine ebenflächige
Zone 204 der Schaufel 124 überführt.
-
- 1
- Wandlergehäuse
- 2
- Mittenachse
- 3
- Lagerzapfen
- 5
- Wandlerdeckel
- 7
- Befestigungselement
- 9
- äußere Schale
des Pumpenrades
- 11
- Pumpenrad
- 13
- Pumpenradnabe
- 15
- Axiallagerung
- 17
- Leitradnabe
- 19
- Freilauf
- 21,
23
- Radialansätze der
Leitradnabe
- 25
- Leitrad
- 27,
28
- Axiallagerung
- 29
- Torsionsschwingungsdämpfernabe
- 31
- Torsionsschwingungsdämpfer
- 33
- äußre Schale
des Turbinenrades
- 35
- Turbinenrad
- 36
- Fuß des Turbinenrades
- 37
- Anschlag
- 39
- Außenlamellenträger
- 41
- Überbrückungskupplung
- 43,
45, 47
- Federfenster
- 49
- Umfangsfedersatz
- 51
- Außenlamellen
- 53
- Reibbeläge
- 55
- Innenlamelle
- 57
- Drehsicherung
- 59
- Kolben
- 61
- Tangentialblattfeder
- 63
- Halteelement
- 65
- Radialvorsprung
- 67
- Wandlerdeckelnabe
- 69
- Nutung
- 71
- Dichtung
- 73
- Radialkanäle
- 75
- Druckkammer
- 77
- Getriebeeingangswelle
- 78
- Radialbohrungen
- 79
- Verzahnung
- 81
- Innenbohrung
- 83
- Stützwelle
- 85
- Verzahnung
- 87
- Dichtung
- 89,
91
- Ringkanäle
- 93,
95
- Durchflusskanäle
- 100
- hydrodynamischer
Kreis
- 102
- Schaufeln
des Pumpenrades
- 104
- äußere Schalenkante
- 106
- Nutungen
der äußeren Schale
- 108
- Schalenkante
- 110
- Anbindungselement
- 114
- innere
Schale des Pumpenrades
- 116
- Aussparungen
- 118
- Rückseite
der inneren Schale
- 120
- Strömungsaustrittskante
Pumpenrad
- 121
- Strömungseintrittskante
Pumpenrad
- 122
- Strömungseintrittskante
Turbinenrad
- 123
- Strömungsaustrittskante
Turbinenrad
- 124
- Schaufeln
des Turbinenrades
- 126
- Schaufelkante
- 127
- Anbindungselemente
- 128
- Anbindungselemente
- 129
- Anbindungselemente
- 130
- Aussparung
- 131
- Aussparung
- 132
- Aussparung
- 134
- Rückseite
der Schale
- 136
- Schaufelkante
- 138
- Anbindungselement
- 142
- Aussparung
- 144
- innere
Schale des Turbinenrades
- 146
- Rückseite
der Schale
- 148
- Innentorus
- 150
- Leitradschaufeln
- 152
- Leitradkranz
- 154
- Haltesegment
- 158
- Positioniersegment
- 162
- Stützabschnitt
- 164
- Begrenzung
- 166
- Stützabschnitt
- 168
- Begrenzung
- 170,
172
- Erstreckungsenden
- 174
- Anfasung
- 180,
182
- Anbindungselemente
- 186,
188
- Aussparungsabschnitte
- 190,
191
- Übergang
- 192,
193
- Wurzel
- 194,
195
- Entlastungsfreischnitt
- 196,
197
- Übergangsradius
- 198,
199
- Schneidgrad
- 200
- Zone
mit Schaufelkrümmung
- 202
- Neutrallinie
- 204
- ebenflächige Zone
- 206
- Schaufelplatine
- 208,
210
- Fixierstege
- 212
- Platinenrahmen
- 213
- Positionierbohrungen
- 214
- Bandrolle
- 216
- Transportelement
- 217
- Positionierzapfen
- 218
- Trennmesser
- 220
- Platinenmaterial
- 222
- Trägermaterial
- 224
- Beschichtung
- 226,
228
- Platinenseiten
- 230,
232
- Krümmungsebenen
- 234
- Freistellungsbereich