DE1625051B2 - Dreiteiliger hydrodynamischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

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Bei den Drehmomentwandlern der erfindungsgemäßen Gattung ist hauptsächlich das Leitrad für die Größe der erreichbaren Drehmomentwandlung und damit für den Wirkungsgrad des Wandlers verantwortlich. Dabei werden günstige Werte dann erhalten, wenn die einzelnen Leitradschaufeln zwischen ihren jeweiligen Vorder- und Hinterkanten beträchtlich gekrümmt sind, wobei nach Möglichkiet die Hinterkanten in tangentialer Richtung weitgehend spitz auslaufen und die Vorderkanten abgerundet sein sollten, damit die Wandlerflüssigkeit an diesem Eintrittsbereich des Leitrades einen möglichst niedrigen Strömungsverlust hat. Bei dieser Idealform der Leitradschaufeln haben dieselben also jeweils eine beträchtliche Abmessung in Richtung quer zur Wandlerächse, wodurch in Verbindung mit der starken, extrem unterschiedliche Winkel an den Vorder- und Hinterkanten ergebenden Schaufelkrümmung gewisse Herstellungsprobleme entstehen, die bislang noch nicht befriedigend gelöst werden konnten.

Für die Herstellung gegossener Leiträder verwendet man bis jezt mehrteilige Gießformen, deren einzelne Teile nach erfolgtem Guß unter jeweiliger Zerstörung der Kerne in radialer Richtung entfernt werden müssen. Die diesbezügliche Fertigung ist daher entsprechend umständlich und eignet sich wenig für Großserien.

Es ist weiterhin beispeilsweise aus der US-PS 2 755 628 bekannt, die Schaufeln separat von den Innen- und Außenringen des Leitrades zu fertigen und danach zu einem einheitlichen Ganzen zusammenzubauen, welchem dann zweckmäßig eine verstellbare Hilfbeschaufelung zugeordnet ist, mittels welcher die Schaufelgeometrie des Leitrades verändert werder kann. Auch diese Herstellungsart ist vergleichsweist umständlich und rechtfertigt sich allenfalls für solch« Anwendungsfälie, wo eine individuelle Beeinflußbarkei der Schaufelgeometrie zur Erzielung beispielsweise un terschiedlicher Fahreigenschaften eines Kraftfahrzeu ges erwünscht ist, in dessen Getriebe ein solcher Dreh momentwandler eingebaut ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, narf einer billigeren Herstellbarkeit solcher hydrodynami scher Drehmomentwandler bei möglichst glnchzeitigei Erfüllbarkeit der Forderung zu suchen, daß hersteiler Zeitig unterschiedliche Betriebsvoraussetzungen erfül !ende Wandlerausführungen mit möglichst geringem Fertigungsaufwand bereitgestellt werden können.

Dies? Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Mit teln gelöst, die im Kennzeichen des Hauptanspruches aufgeführt sind. Es ist damit möglich, auch und insbesondere solche Leiträder mittels des wirtschaftlichen Spritzgußverfahrens zu fertigen, bei v.*)chei. die einzelnen Schaufeln äußerst stark gekrümmt sind, so daß ex treme Winkligkeiten an den Vorder- und Hinterkanten der Schaufeln entstehen. Die Fertigung jedes einzelnen Leitradteils kann dabei mit einer nur zweiteiligen Form erfolgen, deren beide Teile nach erfolgtem Guß in axia ler Richtung entfernt werden können, ohne daß es dabei zur Zerstörung eines Kernes kommt. Nach der Fertigung beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff werden die beiden Leitradteile in der radialen Teilungsebene zusammengeklebt oder sonstwie fest verbunden, in welchem Zusammenhang gleichzeitig erkennbar wird, daß die Erfindung auch die Möglichkeit bringt, Leitradteile mit unterschiedlichsten Formen der jeweiligen Schaufeln zu einem einheitlichen Ganzen zusammenzubringen. Es ist folglich herstellerseitig möglich, mit relativ geringem Fertigungsaufwand eine Baureihe bereitzustellen, die einen weitgehend problemlosen Zusammenbau von Wandlern der unterschiedlichsten betrieblichen Voraussetzungen erlaubt. Wird deshalb beispielsweise die Bereitstellung eines Wandlers gewünscht, welcher bei stehendem Fahrzeug die höchste Drehmomentübersetzung hat, dann müssen hierzu lediglich die beiden entsprechenden Leitradteile kombiniert werden, um die optimale Schaufelgeometrie zu erhalten. Hierbei haben die Strömungsvektoren der Wandlerflüssigkeit am Eintrittsbereich der Leitradschaufeln eine auf deren Vorderkanten bezogene Winkelgröße, weiche im wesentlichen dem Eintrittswinkel der Leitradschaufeln im niedrigen Drehzahlverhältnis entspricht. Im hohen Drehzahlverhältnis hat deshalb hier der Wandler zwangläufig einen vergleichsweise schiechten Wirkungsgrad. Wird deshalb andererseits die Bereitstellung eines Wandlers gewünscht, der seinen maximalen Wirkungsgrad in den höheren Drehzahlverhältnissen hat, so kann hierfür dann ebenfalls durch eine entsprechende Kombination der Leitradteile die optimale Schaufelgeometrie zur Verfügung gestellt werden. Hierbei haben dann die Leitradschaufeln einen Eintrittswinkel, welcher eine Annäherung der besagten Strömungsfaktoren der Wandlerflüssigkeit am Eintrittsbereich der Leitradschaufeln an diesen Eintrittswinkel in genau diesen höheren Drehzahlverhältnissen bringt.

Die in den weiteren Ansprüchen erfaßten Ausbildungen der Erfindung sind darin vorteilhaft und zweckmäßig, daß sie eine weitere Verringerung der Fertigungskosten solcher Leiträder bringen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand mehrerer

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in der Zeichnung schematisch dargestellter AiisfUhningsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

^Fif' ^] ΐ^ηΐ¹ _Λΐ^ηΕ"?2^{ΐΜ durch einen} Drehmomentwundler gemäß der Erfindung,

FIg.2A einen Querschnitt durch das Leitrad dieses Wandlers nach der Linie 24-24 in den F i g. l und 2B

α ^FJ ^g'^2Boa"^e _ll ⁿ.^Q»*^r»^ciⁿⁱ« *»"* dieses Leitrad nach der Lime 2B-2B in F ι g. 2A,

F i g. 3A und 3B den F i g. 2A und 2B entsprechende Querschnitte durch ein Leitrad gemäß einer alternativen Ausführungsform,

F i g. 4A und 4B den F i g. 3A und 3B entsprechende Querschnitte durch ein Leitrad, dessen einer Teil überhaupt keine Beschaufelung hat, und

F i g. 5A bis 5D Vektordiagramme, die sich unter verschiedenen Betriebsbedingungen für die Strömungsvektoren der Wandlerflüssigkeit am jeweiligen Eintrittsbereich der einzelnen Schaufeln ergeben.

Der in F i g. 1 gezeigte Drehmomentwandler hat ein Pumpenradgehäuse 10. dessen beide Teile 12 und 14 ao randseitig überlappt und durch eine Schweißnaht 16 zusammengehalten sind. Der Gehäuseteil 14 ist an einer Nabe 18 befestigt, die in einer Zentrierbohrung der Kurbelwelle einer Verbrennungskraftmaschine zeniriert ist. Die Kurbelwelle und der Gehäuseteil 14 sind über eine Triebwerksplatte miteinander verbunden.

In dem Gehäuseteil 12 ist der Außenring 20 eines P: mpenrades 22 aufgenommen. Der Außenring 20 ist n-.it seinem Außenrand 24 an dem äußeren Ende des Gehäuseteils 12 und an seinem Innerirand 26 an dessen Nabe 28 befestigt. Das Pumpenradgehäuse wird von einei im Getriebegehäuse gelagerten Hohlweüe 30 getragen, die an der Nabe 28 durch Schweißen befestigt ist. Das Pumpenrad 22 hat weiter einen Innenring 32 und zwischen diesem und dem Außenring angeordnete Schaufeln 34, die sich im wesentlichen radial nach außen erstrecken und radiale Ausströmkanäle bilden.

An die Ausströmseite des Pumpenrades 22 schließt sich ein Turbinenrad 36 an, welches aus einem Außenring 38, einem Innenring 40 und dazwischen angeordneten Schaufeln 42 besteht. Der Außenring 38 ist mit einer Nabe 44 verbunden, die bei 46 mit einer mit dem Eingangsglied eines nicht dargestellten Zahnräder-Wechselgetriebes verbundenen Welle verkeilt ist.

Zwischen der Ausströmseite des Turbinenrades 36 und der Einströmseite des Pumpenrades 22 ist ein Leitrad 48 angeordnet, das aus den beiden Teilen 50 und 52 besteht. Der Leitradteil 50 hat eine Nabe 54, die mit einem Schubring 56 einstückig ausgebildet ist. An der Nabe 54 sind Keilnuten 58 ausgebildet, über welche der äußere Laufring 60 einer Überholbremse mittels an ihm ausgebildeter Keilzähne mit dieser Nabe verkeilt ist. Der Schubring 56 und die Nabe 54 sind einstückig ausgebildet. An der Nabe 54 sind Schaufeln 62 ausgebildet, die außen mit einem Ring 63 umgeben sind. Der andere Leitradteil 52 hat eine Nabe 64, Schaufeln 66 und einen diese umgebenden Ring 68. Mit der Nabe 64 ist ein Schubring 70 einstückig ausgebildet, und an ihr vorgesehene Keilnuten dienen der Verkeilung mit den Keilzähnen 72 des Laufringes 60 der Überholbremse. An Stelle der Keilverzahnung 58, 72 kann auch eine Feder- und Nutverbindiing vorgesehen sein.

Die Überholbremse hat außer dem äußeren Laufring 60 einen inneren Laufring 74 und Rollen 76, welche mit Nocken des Laufringes 60 zusammenarbeiten. Der Laufring 74 ist nut einer Hohlwelle verkeilt, weiche innerhalb der Hohlwelle 30 angeordnet und an dem Getriebegehäuse befestigt ist. Die Rollen 76 der Überholbremse erlauben eine Freilaufbewegung der Leitradteile 50 und 52 in der Drehrichtung des· Pumpenrades und verhindern eine Drehung derselben in der entgegengesetzten Richtung. Der Sckubring 56 ist Ober eine Druckscheibe 78 an der Nabe 28 abgestützt Der Schubring 70 ist unter Vermittlung der Nabe 44 über eine weitere Druckscheibe 80 am Gehäuseteil 14 abgestützt Die einen Stirnflächen der Schubringe 70 und 56 sind mit radialen Strömungskanälen 82 und 84 versehen. Die Kanäle 84 dienen als Zuströmkanäle und die Kanäle 82 als Abströmkanäle.

Wie insbesondere in F i g. 2 näher gezeigt ist stehen die Leitradteile 50 und 52 über Vorsprünge 86 und komplementäre Aussparungen 88 miteinander im Eingriff. Es ist dadurch eine auch bezüglich der zugehörigen Naben 54 und 64 bestehende Teilungsebene geschaffen, in welcher die Schaufeln 62 und 66 über komplementär ausgebildete, abgerundete Stoßstellen 90 und 92 miteinander verbunden sind. Dabei sind die Schaufeln der beiden Leitradteile so geformt, daß sich die Schaufeln 62 als nachlaufende Schaufelteile und die Schaufeln 66 als sich d?. iit an den Stoßstellen 90, 92 ergänzende vorlaufende Schiufelabschnitte darstellen, so daß relativ lange Schaufeln mit beträchtlicher Krümmung vorliegen.

In F i g. 2A ist gezeigt, daß die spitz auslaufende Hinterkante einer Schaufel 62 gegenüber der abgerundeten Vorderkante der nebenliegenden Schaufel 62 in Umfangsrichtung um das Maß Δ\ versetzt ist. Ein gleichartiger Versatz Δι besteht zwischen den abgerundeten Vorderkanten der Schaufeln 66 und der jeweils zugeordneten Hinterkante einer nebenliegenden Schaufel des vorderen Leitradteils 52. Durch diese Ausbildung können beide Leitradteile 50, 52 bei einer jeweiligen Herstellung im Spritzgußverfahren unter Verwendung einer zweiteiligen Form in axialer Richtung aus dem jeweiligen Formteil entfernt werden.

Die einheitliche Schaufelform läßt sich in einfacher Weise dadurch ändern, daß entwede/ der eine oder der andere Leitradteil gegen einen anderen Leitradteil mit einer anderen Form der jeweiligen Schaufeln ausgetauscht wird. In F i g. 3 ist eine Kombination des Leitradteils 50' mit den vergleichsweise langen Schaufeln 62' der Ausführungsform gemäß F i g. 2 mit einem Leitradteil 52' gezeigt, dessen Schaufeln 66' vergleichsweise kurz sind. Es wird dadurch eine Schaufelform erhalten, die sich insgesamt doch sehr wesentlich von derjenigen der Ausführungsform gemäß F i g. 2 unterscheidet. Weil die Stoßstellen abgerundet ausgebildet sind ist es auch möglich, ein Leitrad bereitzustellen, bei dem wie in F i g. 4 gezeigt, der eine Leilradteil 52" über haupt keine Schaufeln hat.

Durch eine solche Kombination von Leitradteiler mit Schaufeln verschiedener Formen kan der söge nannte Größenfaktor eines derartigen Drehmoment wand'ers auf jeden beliebigen Wert fest eingestelli weiden. Dieser die Wandlerkapazität wiedergebende Größenfaktor stellt sich dar als das Verhältnis dei Drehzahl des Pumpenrades zur Quadratwurzel vor dessen Drehmoment, woraus herleitbar ist, daß prak tisch jedes beliebige Drehzahlverhältnis einen eigenei Größenfaktor hat. Da außerdem über eine entspre chende Kombination von Leitradteilen mit unter schiedlichen Schaufelformen auch die Drehmoment übersetzung beeinflußt werden kann, ist es folglich möglich, auf diese Weise Wandler mit jeder beliebiger betrieblichen Voraussetzung bzw. Anforderung ledig !ich dadurch bereitzustellen, daß bei sonstiger Gleich

hieit der Wandlerausführung nur jeweils ein anderes, entsprechendes Leitrad eingebaut wird. Diese Erkenntnis wird mit den verschiedenen Vektordiagrammen aer F i g. 5 belegt, wobei jeweils die Verhältnisse am Eintrittsbereich der drei Räder betrachtet sind. Der Vektor U\' stellt die Bewegung der Schaufelspitz.cn des Pumpenrades dar. Mit diesem Vektor überlagert sich der Vektor V« der absoluten Strömungsgeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit, die auf der Austrittsseite des Leitrades gewonnen wird. Gleichartig überlagern sich am Turbinenrad der Vektor Uf, der die Bewegung von dessen Schaufelspilzen wiedergibt, und der Vektor Vi der Strömungsgeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit., die an der Austrittsseite des Pumpenrades gewonnen wird. Schließlich überlagern sich noch am Leitrad die »5 beiden Vektoren Utuoo Wt, welche für die Strömungsgeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit an der Austrittsseite des Turbinenrades und für die Bewegung deir Schaufelspitzen des Leitrades gewonnen sind. Hinsichtlich des daraus resultierenden Summenvektors Vr, der also die absolute Strömungsgeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit am Eintrittsbereich des Leitrades wiedergibt, ist aus den verschiedenen Darstellungen ableitbar, daß sich dessen Winkligkeit in Abhängigkeit vom jeweiligen Drehzahlverhältnis gestaltet, also vom Verhältnis der Drehzahl des Turbinenrades zu derjenigen des Pumpenrades. Es ist gezeigt, daß dieser Summenvektor Vrbei den einzelnen Betriebsbedingungen, nämlich bei stehendem Fahrzeug gemäß F i g. 5A, bei einem Drehzahlverhältnis von 0,5 bzw. 0,7 gemäß den F i g. 5B und 5C und im sogenannten Kupplungspunkt des Wandlers gemäß F i g. ÜD, beträchtliche Abweichungen hat. Es ist folglich möglich, lediglich über eine geeignete Auswahl der zu kombinierenden Leitradteile die Voraussetzung beispielsweise dafür zu schaffen, daß der Wandler im hohen Drehzahlverhältnis seinen maximalen Wirkungsgrad hat.

Hierzu 4 B>latt Zeichnungen

Claims (3)

i 625 Patentansprüche:

1. Dreiteiliger hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem innenliegenden, einheitlich ge· gossenen Leitrad, mit dessen Nabe die äußere Spur einer zwischen zwei axialen Schuoringen angeordneten Oberholbremse drehfest verbunden ist, d a · durch gekennzeichnet, daß das Leitrad (50, 52) eine durch seine Nabe (54,64) hindurchgehende »o radiale Teilungsebene (86,88) aufweist und die Leitradschaufeln (62,66) mindestens an dem einen Leitradteil (50") so ausgebildet sind, daß zwischen der Vorderkante der einen und der Hinterkante der anderen von jeweils zwei nebeneinanderliegenden Schaufeln ein in Umfangsrichtung gemessener Versatz (-di, Δ2) besteht

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Leitradteile (50, 52) ein jeweiliger Satz von Leitrad- ao schaufeln (62, 66) ausgebildet ist, von weichen die Schaufeln (6B) des einen Satzes als vorlaufende Schaufelabschnitte und die Schaufeln (62) des anderen Satzes als sich damit an den in der radialen Teilungsebene (86,88) liegenden Stoßstellen (90,92) er- as gänzende nachlaufende Schaufelabschnitte ausgebildet sind.

3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit der jeweiligen Nabe (54, 64) der beiden Leitradteile (50, 52) ein jeweiliger Schubring (56, 70) einstückig ausgebildet ist.