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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drehmomentwandler für ein
Kraftfahrzeug.
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Bekanntlich ist ein Drehmomentwandler im Prinzip aus drei Rädern aufgebaut,
dem Pumpenrad, dem Turbinenrad und dem Leitrad, und sein Inneres ist mit Öl gefüllt.
Das Pumpenrad, das mit der Eingangswelle des Drehmomentwandlers verbunden ist,
wandelt die Drehkraft vom Motor in einen Fluß des Öls um, und das Turbinenrad, das mit
der Ausgangswelle des Wandlers verbunden ist, nimmt den Fluß des Öls auf und wandelt
ihn in ein Drehmoment um. Das Leitrad verändert dazwischen die Richtung des Ölflusses
vom Turbinenrad derart, daß die Funktion des Erhöhens des übertragenen Drehmoments
ausgeführt wird.
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Da das Öl ein Übertragungsmedium ist, das zwischen der Eingangsseite und
der Ausgangsseite des Drehmomentwandlers umläuft, können das Pumpenrad und das
Turbinenrad, das mit der Eingangs- bzw. der Ausgangswelle des Wandlers verbunden ist,
relativ zueinander einen Schlupf aufweisen und als Kupplung dienen, damit das Fahrzeug
leicht anzufahren ist und um Schocks zu absorbieren. Wegen dieser Vorteile sowie wegen
der genannten Drehmomenterhöhungsfunktion werden Drehmomentwandler in
Personenkraftwagen und anderen Arten von Motorfahrzeugen viel verwendet. Andererseits besteht
ein erhebliches Bedürfnis nach einer Verringerung der Größe des Drehmomentwandlers,
damit der Wandler auch in einem Fahrzeug mit Frontantrieb eingesetzt werden kann, oder
zum Beispiel nach dem Einbau einer Sperrkupplung. Deswegen weisen bereits viele
Drehmomentwandler verringerte axiale Abmessungen auf und im Querschnitt eine flache
Form. Dabei sollen die Leistungseigenschaften des Drehmomentwandlers bei einer
Verringerung der Größe erhöht werden.
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Die Fig. 13 und 14 sind schematische Ansichten zur Darstellung des Ölflusses
in einem Drehmomentwandler. Wie in der Fig. 13 gezeigt, dient das Leitrad 53 dazu, um
die Richtung des Ölflusses so zu ändern, daß das Pumpenrad 51 schnell rotiert, um dadurch
das Drehmoment wie oben beschrieben anzuheben. Es kann somit ein großes
Drehmomentverhältnis t ( = Drehmoment an der Ausgangswelle/Drehmoment an der
Eingangswelle) erhalten werden, wenn das Geschwindigkeitsverhältnis der Ausgangswelle zur
Eingangswelle (Drehzahl der Ausgangswelle/Drehzahl der Eingangswelle) klein ist.
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Wenn das Geschwindigkeitsverhältnis 1 erreicht, wobei sich das Pumpenrad 51
und das Turbinenrad 52 im wesentlichen mit der gleichen Geschwindigkeit drehen, ändert
sich die Richtung des Ölflusses in das Leitrad 53, wodurch ein Umkehreffekt bewirkt wird.
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In diesem Fall wird daher das Leitrad durch eine Freilaufkupplung in einen
Leerlaufzustand gebracht, damit sich das Drehmomentverhältnis nicht verringert. Im Ergebnis fließt
das Öl im wesentlichen in der gleichen Richtung in das Leitrad 53 hinein und heraus, wie
es in der Fig. 14 gezeigt ist. Da das Leitrad keine Kraft zu einer Änderung der Flußrichtung
ausübt, erfolgt auch kein Anheben des Drehmoments. Dieser Betriebspunkt wird
"Koppelpunkt" genannt.
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Die Eigenschaften des Drehmomentwandlers können durch das oben erwähnte
Geschwindigkeitsverhältnis e, das Drehmomentverhältnis t, den
Übertragungs-Wirkungsgrad η ( = Leistung an der Ausgangswelle/Leistung an der Eingangswelle) und die
Drehmomentleistung T ( = das für die Drehzahl der Eingangswelle erforderliche
Drehmoment) dargestellt werden, diese Größen werden durch Kennlinien angezeigt, wie sie in der
Fig. 15 gezeigt sind. Wenn sich das Geschwindigkeitsverhältnis e in dem Bereich unter
dem Koppelpunkt befindet, führt der Drehmomentwandler die
Drehmomenterhöhungsfunktion aus, so daß das Drehmomentverhältnis über 1 liegt, das sein Maximum von etwa
2 beim Blockieren erreicht, wenn die Ausgangswelle festgehalten wird. Mit diesem
angehobenem Drehmoment erreicht der Übertragungs-Wirkungsgrad η sein Maximum knapp
vor dem Koppelpunkt.
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Beim normalen Betrieb des Fahrzeugs arbeitet der Drehmomentwandler
allgemein in einem Bereich, in dem das Geschwindigkeitsverhältnis größer ist als das am
Koppelpunkt. Wenn eine hohe Beschleunigungskraft erforderlich ist, wie in dem Fall, daß das
Fahrzeug anfährt oder daß es zum Überholen eines anderen Fahrzeugs beschleunigt wird,
arbeitet der Drehmomentwandler in einem Bereich, in dem das Geschwindigkeitsverhältnis
klein ist, um eine Drehmomenterhöhung zu bewirken. Die Häufigkeit der Verwendung in
diesem Bereich ist jedoch auch von der Drehmomentleistung abhängig.
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Die Drehmomentleistung stellt das Drehmoment dar, das bei einer bestimmten
Drehzahl erhalten wird. Wenn diese Drehmomentleistung klein ist, steigt die Häufigkeit
des Betriebs im Bereich mit einem relativ großen Drehmomentverhältnis an, mit dem
Ergebnis eines verbesserten Beschleunigungsverhaltens, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit ist
jedoch schlechter. Wenn die Drehmomentleistung groß ist, steigt andererseits die
Häufigkeit des Betriebs im Bereich mit einem relativ hohen Übertragungs-Wirkungsgrad an, das
Beschleunigungsverhalten ist jedoch schlechter.
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Es werden nun die Änderungen in der Richtung des Ölflusses zu den einzelnen
Schaufeln des Leitrades beschrieben. Beim Blockieren (wenn das
Geschwindigkeitsverhältnis e gleich Null ist), strömt das Öl auf die Vorderseite (die konkave Seite) der
Schaufeln 53A des Leitrades, wie es durch den Pfeil Na in der Fig. 16 gezeigt ist, und die Richtung
des Ölflusses verändert sich um den maximalen Winkel. Wenn sich das
Geschwindigkeitsverhältnis verändert, bis es den Koppelpunkt erreicht hat, strömt das Öl im
wesentlichen unter dem gleichen Winkel in das Leitrad hinein und daraus heraus, wie es durch
den Pfeil Nc in der Fig. 16 angezeigt wird. Wenn das Geschwindigkeitsverhältnis weiter
bis nahe an 1 ansteigt, trifft der Ölfluß auf die Rückseite (konvexe Seite) der Schaufel 53A,
wie es durch den Pfeil Nd in der Fig. 16 angezeigt wird, und das Leitrad wird in den
Leerlaufzustand gebracht. Während dieser Änderungen in der Richtung des Ölflusses strömt
das Öl am gleichmäßigsten an dem Punkt, an dem die Richtung des Ölflusses in das
Leitrad hinein mit dem Einlaßwinkel der Schaufeln übereinstimmt, wie es durch den Pfeil Nb
in der Fig. 16 angezeigt wird, wobei der maximale Übertragungs-Wirkungsgrad erreicht
wird.
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Um die Eigenschaften des Drehmomentwandlers zu verbessern, muß die
Flußgeschwindigkeit des umlaufenden Öls erhöht werden, und der Koppelpunkt muß so weit
wie möglich in den Bereich höherer Geschwindigkeiten verschoben werden, in denen ein
größeres Geschwindigkeitsverhältnis erreicht wird.
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Je größer das Geschwindigkeitsverhältnis am Koppelpunkt ist, um so größer ist
der Winkel im Ölfluß vom Turbinenrad 52 zum Leitrad 53 relativ zur Rotationsachse R des
Turbinenrades am Koppelpunkt. Das heißt, daß die Richtung des Ölflusses fast die
Umfangsrichtung ist. Die Schaufeln 53A des Leitrades müssen daher so ausgerichtet werden,
daß sie in Umfangsrichtung liegen, um den Ölfluß weich aufnehmen zu können.
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Wenn die Schaufeln 53A des Leitrades in Umfangsrichtung liegen, steigt
jedoch der Winkel der Schaufeln relativ zum Ölfluß in das Leitrad beim Blockieren an, wie
es in der Fig. 17 gezeigt ist, und es tritt das Problem der Flußaufteilung auf. Im Ergebnis
verringert sich die effektive Fläche des Flußweges und damit die Durchflußrate des
umlaufenden Öls, mit der Folge einer Verringerung des Drehmomentleistungskoeffizienten.
Wenn die Schaufeln des Leitrades in eine dünne, flügelartige Form gebracht werden, um
die Fläche des Flußweges zu erhöhen, tritt die Flußaufteilung zum Zeitpunkt des
Blockierens noch eher auf. Um dies zu vermeiden, kann die Anzahl der Schaufeln derart erhöht
werden, daß sich die Fläche des Flußweges nicht wesentlich verringert und die Last an
jeder Schaufel kleiner ist. In diesem Fall kann jedoch das Leitrad mit einer größeren
Anzahl von Schaufeln nicht in axialer Richtung von der Form getrennt werden, sondern muß
davon in radialer Richtung getrennt werden, mit dem Ergebnis eines komplizierteren
Herstellungsprozesses und von erhöhten Herstellungskosten.
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Zwar kann das Leitrad mit einem variablen Aufbau versehen werden, so daß
der Winkel der Schaufeln in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen verändert werden
kann, der Aufbau wird dadurch jedoch kompliziert, mit dem Ergebnis einer verringerten
Zuverlässigkeit im Betrieb und von höheren Kosten.
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Wenn ein Drehmomentwandler im Querschnitt eine flache Form hat, um wie
oben angegeben so klein wie möglich gemacht zu werden, tritt die Flußaufteilung an den
Stellen auf, an denen sich die Richtung des Ölflusses plötzlich ändert, wie es in der Fig. 18
durch x und y bezeichnet wird, mit der Folge einer Verringerung der effektiven
Flußwegfläche und einer geringeren Drehmomentleistung.
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Die US-A-2 821 839 beschreibt einen Drehmomentwandler, der für ein
Kraftfahrzeug geeignet ist und der zur Ausbildung eines Zirkulationsweges für ein Öl und zum
Übertragen einer Drehkraft ein Pumpenrad, ein Turbinenrad und ein Leitrad (Reaktor)
umfaßt, wobei das Pumpenrad, das Turbinenrad und das Leitrad jeweils eine Anzahl von
Schaufeln aufweisen. Jede Schaufel des Leitrades besitzt in der Radialrichtung des
Zirkulationsweges einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt; wobei der
radial innere Abschnitt eine Vorderkante aufweist, die gegenüber der Vorderkante des
radial äußeren Abschnitts zurückgesetzt ist, und wobei der radial innere Abschnitt
bezüglich der Axialrichtung der Rotationsachse des Drehmomentwandlers um einen größeren
Winkel geneigt ist als der radial äußere Abschnitt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten
Drehmomentwandler für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem die oben erwähnten Probleme
gelöst oder zumindest verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung umfaßt einen Drehmomentwandler für ein
Kraftfahrzeug mit einem Pumpenrad, einem Turbinenrad und einem Leitrad zum Ausbilden
eines Zirkulationsweges für ein Öl und zum Übertragen eines Drehmoments, wobei das
Pumpenrad, das Turbinenrad und das Leitrad jeweils mehrere Schaufeln aufweisen; und
wobei jede Leitradschaufel folgendes aufweist: In Radialrichtung des Zirkulationsweges
einen radial inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt sowie einen an der
konkaven Seite jeder Schaufel ausgebildeten gestuften Abschnitt am Übergang zwischen dem
radial inneren und dem radial äußeren Abschnitt, um den Ölstrom so zu regulieren, daß
keine Flußaufteilung am radial inneren Abschnitt auftritt; und wobei der radial innere
Abschnitt eine Vorderkante aufweist, die gegen die Vorderkante des radial äußeren
Abschnitts zurückgesetzt ist und die bezüglich der Axialrichtung der Rotationsachse des
Drehmomentwandlers um einen größeren Winkel geneigt ist als der radial äußere
Abschnitt.
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Vorzugsweise ist der gestufte Abschnitt als gekrümmte Fläche ausgebildet, die
im wesentlichen entlang der Mittellinie des Zirkulationsweges verläuft.
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Alternativ verläuft der gestufte Abschnitt axial parallel zur Rotationsachse.
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Vorteilhaft umfaßt mindestens entweder jede Schaufel des Pumpenrads oder
des Turbinenrads einen radial inneren Abschnitt, einen radial äußeren Abschnitt und eine
Einrichtung zum Regulieren des Ölstroms derart, daß keine Flußaufteilung am radial
inneren Abschnitt der Pumpenrad- bzw. der Turbinenradschaufeln auftritt.
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Vorzugsweise umfaßt die Einrichtung zum Regulieren des Ölstroms eine
Übergangsbegrenzung, die entlang des Zirkulationsweges verläuft und die den radial
inneren Abschnitt vom radial äußeren Abschnitt der Pumpenrad- bzw. Turbinenradschaufeln
trennt.
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Vorzugsweise ist die Übergangsbegrenzung als gestufter Abschnitt ausgebildet,
der sich vom radial inneren Abschnitt zum radial äußeren Abschnitt jeder Schaufel erhebt,
so daß der radial äußere vom radial inneren Abschnitt abgesetzt ist.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft
einige Ausführungsformen davon mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 eine vertikale Querschnittansicht, die den Aufbau einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht der Leitradschaufeln, gesehen in Richtung der
Pfeile A-A;
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Fig. 3 eine vertikale Querschnittansicht, die den gestuften Übergangsabschnitt
an einer Schaufel des Pumpenrades zeigt;
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Fig. 4 eine Ansicht zur Erläuterung des Zustands des Ölflusses auf eine
Schaufel des Leitrades;
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Fig. 5 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien der vorliegenden
Erfindung;
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien eines bekannten
Beispiels, bei dem die ganze Schaufel die gleiche Form hat wie der radial äußere
Halbabschnitt der erfindungsgemäßen Schaufel;
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Fig. 7 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien eines anderen
bekannten Beispiels, bei dem die ganze Schaufel in der Umfangsrichtung des
Zirkulationsweges liegt;
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Fig. 8 eine graphische Darstellung der Betriebskennlinien der vorliegenden
Ausführungsform und der bekannten Beispiele zum Vergleich;
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Fig. 9 eine vertikale Schnittansicht, die den Aufbau der zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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Fig. 10 eine Ansicht eines modifizierten Beispiels der zweiten
Ausführungsform;
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Fig. 11 eine vergrößerte Ansicht der Leitradschaufeln, gesehen in der Richtung
der Pfeile B-B in der Fig. 10;
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Fig. 12 eine Ansicht eines modifizierten Beispiels des Leitrades;
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Fig. 13 eine Ansicht zur Darstellung des Zustands des Ölflusses im Bereich der
Drehmomentzunahme;
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Fig. 14 eine Ansicht zur Darstellung des Zustands des Ölflusses, wenn das
Geschwindigkeitsverhältnis etwa 1 ist;
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Fig. 15 eine Ansicht eines Beispiels der Betriebskennlinien eines
Drehmomentwandlers;
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Fig. 16 eine Ansicht zur Darstellung der Änderungen im Ölfluß auf eine
Leitradschaufel;
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Fig. 17 eine Ansicht zur Darstellung des Zustands des Ölflusses, wenn die
Leitradschaufel in Umfangsrichtung liegt; und
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Fig. 18 eine Ansicht zur Erläuterung des Auftretens der Flußtrennung in einem
Drehmomentwandler mit flacher Form.
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Die Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Aufbau einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt. Das Wandlergehäuse 11 wird drehbar von einer Stützwelle 18
gehalten, die auf der Seite eines Getriebegehäuses vorgesehen ist. Am Wandlergehäuse 11
ist ein Pumpenrad 12 befestigt. Der Ausgang eines (nicht gezeigten) Motors wird zu einer
Eingangswelle 13 des Wandlergehäuses 11 übertragen. Im Wandlergehäuse 11 ist ein
Turbinenrad 14 derart angeordnet, daß seine Öleinlaßseite der Ölauslaßseite des
Pumpenrades 12 in einem radial äußeren Abschnitt des Wandlergehäuses 11 gegenüberliegt. Dieses
Turbinenrad 14 ist mit der Eingangswelle 16 eines Getriebes verbunden, die als
Ausgangswelle des Drehmomentwandlers dient.
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In einem radial inneren Abschnitt des Wandlergehäuses 11 ist zwischen der
Ölauslaßseite des Turbinenrades 14 und der Öleinlaßseite des Pumpenrades 12 ein Leitrad
15 angeordnet. Das Leitrad 15 ist mittels einer Freilaufkupplung 17 auf der Stützwelle 18
gelagert. Die Schaufeln des Pumpenrades 12, des Turbinenrades 14 und des Leitrades 15
weisen im Grunde die bekannten dreidimensionalen Formen auf. Es wird somit ein
Zirkulationsweg ausgebildet, durch den ein Öl in der Richtung der Pfeile in der Fig. 1 fließt,
wenn das Pumpenrad 12 gedreht wird.
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Am Pumpenrad 12 und am Turbinenrad 14 sind jeweils Kerne 21, 25 befestigt,
die die Steifigkeit in der Anbringung der Schaufeln erhöhen und zum Teil den
Ölzirkulationsweg 20 festlegen. Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist im Wandlergehäuse 11 ein
Sperrkupplungsmechanismus 19 vorgesehen. Das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 14
sind flach ausgebildet, so daß die Sperrkupplung 19 im Wandlergehäuse 11 untergebracht
werden kann, ohne daß sich die axiale Länge des Drehmomentwandlers erhöht.
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Jede Schaufel 15A des Leitrades 15 weist in der Radialrichtung des
Zirkulationsweges einen radial inneren Abschnitt 30 und einen radial äußeren Abschnitt auf. Bei der
vorliegenden Ausführungsform ist jede Schaufel 15A des Leitrades 15 in der
Radialrichtung in zwei Abschnitte mit jeweils etwa der halben Größe der Schaufel aufgeteilt. Diese
beiden Abschnitte werden der radial innere Halbabschnitt oder der radial innere Abschnitt
30 und der radial äußere Halbabschnitt oder der radial äußere Abschnitt 40 genannt.
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In der in der Fig. 11 gezeigten Modifikation weist jede Schaufel des Leitrades
einen radial inneren Abschnitt, einen ersten radial äußeren Abschnitt und einen zweiten
radial äußeren Abschnitt auf.
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Der Übergang vom radial inneren Halbabschnitt 30 zum radial äußeren
Halbabschnitt 40 ist als gekrümmte Fläche ausgebildet, die sich im wesentlichen längs der
Mittellinie des Ölzirkulationsweges erstreckt, wie es im vertikalen Querschnitt der Fig. 1
gezeigt ist.
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Die Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht der Schaufeln 15A des Leitrades 15,
gesehen in der Richtung der Pfeile A-A in der Fig. 1. Der radial äußere Halbabschnitt 40
besitzt eine Vorderkante 41, die in die gleiche Richtung zeigt wie die Rotationsachse R
(die Eingangswelle 16) des Wandlers, und eine hintere Kante 42, die gegen die Richtung
der Rotation des Pumpenrades 12 geneigt ist. Der radial äußere Halbabschnitt 40 hat daher
eine flügelartige Form mit einer gewissen Krümmung zum Ändern der Richtung des
Ölflusses. Andererseits besitzt der radial innere Halbabschnitt 30 eine Vorderkante 31, die
von der Vorderkante 41 des radial äußeren Halbabschnitts 40 zurückgesetzt oder gestuft ist,
und seine Rückseite (die konvexe Seite) erstreckt sich längs der Krümmung der Hinterseite
des radial äußeren Halbabschnitts. Der radial innere Halbabschnitt 30 weist eine kleinere
Dicke (bezüglich der Rotationsachse R in Umfangsrichtung) auf als der radial äußere
Halbabschnitt 40. Der radial innere Halbabschnitt 30 bildet daher zur Umfangsrichtung des
Ölzirkulationsweges einen kleineren Winkel als der radial äußere Halbabschnitt 40. Die
Schaufel 15A weist auch einen hundezahnartig gestuften Abschnitt D an seiner Vorderseite
(konkaven Seite) auf.
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Jede Schaufel 12A, 14A des Pumpenrades 12 und des Turbinenrades 14 weist
einen gestuften Übergangsabschnitt 22, 24 auf, der sich im vertikalen Querschnitt der Fig.
1 in der Richtung des Ölflusses im wesentlichen längs der Mittellinie des
Ölzirkulationsweges erstreckt. Wie in der Fig. 3 gezeigt, weist jede Schaufel des Pumpenrades 12 und
des Turbinenrades 14 einen radial inneren Abschnitt oder radialen inneren Halbabschnitt
26, 28 auf, an dem sich der gestufte Übergangsabschnitt 22, 24 an der Vorderseite (der
konkaven Seite) der Schaufel zu einem radial äußeren Halbabschnitt oder radial äußeren
Abschnitt 27, 29 erhebt. Der gestufte Abschnitt 22, 24 dient als Übergangsbegrenzung zum
Versetzen des radial äußeren Halbabschnitts 27, 29 bezüglich dem radial inneren
Halbabschnitt 26, 28 im Zirkulationsweg 20. Diese gestuften Übergangsabschnitte 22, 24 werden
ausgebildet, wenn das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 14 durch Druckpressen
hergestellt werden.
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Es wird nun die Arbeitsweise des wie oben beschrieben aufgebauten
Drehmomentwandlers beschrieben. Die Durchflußrate des umlaufenden Öls durch das Leitrad 15
wird im Bereich der Drehmomenterhöhung maximal, insbesondere wenn das Fahrzeug
steht und das Geschwindigkeitsverhältnis Null ist. Dabei ist die Durchflußgeschwindigkeit
natürlich im radial äußeren Abschnitt des Zirkulationsweges größer, weshalb der Ölfluß
durch den radial äußeren Abschnitt des Leitrades im wesentlichen die
Betriebseigenschaften bestimmt. Da die Vorderkante 41 des radial äußeren Halbabschnitts 40 jeder
Leitradschaufel 15A im Vergleich zu der Vorderkante 31 des radial inneren Halbabschnitts 30
in die Richtung der Rotationsachse zeigt, tritt auch dann keine Flußaufteilung auf, wenn
das Öl aus dem Turbinenrad 14 unter einem großen Winkel relativ zur Rotationsachse auf
die Vorderseite der Schaufel 15A strömt, wie es durch den Pfeil Ma in der Fig. 4 angezeigt
wird.
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Die Vorderkante 31 des radial inneren Halbabschnitts 30 ist von der
Vorderkante 41 zurückgesetzt, und die Dicke dieses Abschnitts 30 ist verringert, so daß der
hundezahnartig gestufte Abschnitt D am Übergang vom radial inneren Halbabschnitt 30 zum
radial äußeren Halbabschnitt 40 ausgebildet wird. Daher stellt, auch wenn das Auftreten
einer Flußaufteilung am radial inneren Halbabschnitt 30 droht, der hundezahnartig gestufte
Abschnitt D eine Wand zur Regulierung des Ölflusses dar, wodurch die Flußaufteilung
verhindert wird. Es kann somit ein großes Stand-Drehmomentverhältnis und eine große
Drehmomentleistung erreicht werden, ohne daß sich die effektive Flußwegfläche
verringert.
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Wenn der Drehmomentwandler mit zunehmenden Geschwindigkeitsverhältnis
den Koppelpunkt erreicht, befindet sich der Koppelpunkt im Vergleich zu einem bekannten
Wandler auf der Seite der höheren Geschwindigkeit, da der radial innere Halbabschnitt 30
der Leitradschaufeln 15A bezüglich der Umfangsrichtung einen kleineren Winkel bildet,
was zu einem glatten Ölfluß vom Turbinenrad 14 führt, wie es durch den Pfeil Mb in der
Fig. 4 angezeigt ist, mit dem Ergebnis eines verbesserten Übertragungs-Wirkungsgrades.
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Der Drehmomentwandler der vorliegenden Ausführungsform weist die
graphisch in der Fig. 5 dargestellten Kennlinien auf. Wie sich aus dieser Darstellung ergibt,
wird der mit Sb bezeichnete verbesserte Übertragungs-Wirkungsgrad erhalten, während
gleichzeitig ein ausreichend großes Stand-Drehmomentverhältnis sichergestellt ist, wie es
durch Sa angezeigt ist.
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Die graphische Darstellung der Fig. 6 zeigt die Kennlinien für ein bekanntes
Beispiel, bei dem jede Schaufel des Leitrades insgesamt die gleiche Form hat wie der
radial äußere Abschnitt der Leitradschaufeln der vorliegenden Ausführungsform, und die
Fig. 7 zeigt die Kennlinien für ein anderes bekanntes Beispiel, bei dem jede Schaufel des
Leitrades insgesamt im wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung des Zirkulationsweges
verläuft. Die Fig. 8 zeigt die Eigenschaften der vorliegenden Ausführungsform und der
bekannten Beispiele, wobei die ausgezogenen Linien die Kennlinien für die vorliegende
Ausführungsform darstellen und die strichpunktierten Linienzüge die Kennlinien des
bekannten Beispiels, bei dem jede Schaufel insgesamt im wesentlichen in Umfangsrichtung
liegt, während die die punktierten Linien die Kennlinien für das bekannte Beispiel sind, in
dem jede Schaufel insgesamt die gleiche Form hat wie der radial äußere Abschnitt der
Leitradschaufeln der vorliegenden Ausführungsform.
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Am Pumpenrad 12 und am Turbinenrad 14 kann aufgrund ihrer flachen Form
am Einlaßabschnitt des Pumpenrades 12 und des Turbinenrades 14, wo der Flußweg
plötzlich seine Richtung ändert, eine Flußaufteilung auftreten. Auch in diesem Fall wird jedoch
durch die flußregulierende Funktion der gestuften Übergangsabschnitte 22, 24, die sich als
Übergangsbegrenzungen in Flußrichtung erstrecken, verhindert, daß sich in der Richtung
vom radial inneren Abschnitt zum radial äußeren Abschnitt eine
Geschwindigkeitskomponente entwickelt, wodurch das Auftreten einer Flußaufteilung vermieden wird. Auch wenn
an den Kanten der radial inneren Abschnitte eine Aufteilung auftritt, erreicht der von einer
solchen Aufteilung verursachte turbulente Fluß den radial äußeren Halbabschnitt 27, 29
nicht. Entsprechend sichern das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 14 mit im
wesentlicher flacher Form ein ausreichend großes Drehmomentverhältnis und eine große
Drehmomentleistung ohne Verringerung der effektiven Flußwegfläche.
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Bei der wie oben beschrieben aufgebauten vorliegenden Ausführungsform ist
jede Schaufel des Leitrades 15 derart in den radial inneren Halbabschnitt 30 und den radial
äußeren Halbabschnitt 40 aufgeteilt, daß die Vorderkante 41 des radial äußeren
Halbabschnitts 40 im Vergleich zu der Vorderkante 31 des radial inneren Halbabschnitts 30 im
wesentlichen in die gleiche Richtung zeigt wie die Rotationsachse des Wandlers, und daß
die Vorderkante 31 des radial inneren Abschnitts 30 gegenüber der Vorderkante 41 des
radial äußeren Abschnitts 40 zurückgesetzt ist. Auch die Dicke in Umfangsrichtung der
Achse R des inneren Abschnitts 30 ist geringer. Der Drehmomentwandler mit dem so
aufgebauten Leitrad ergibt im Bereich großer Geschwindigkeitsverhältnisse einen hohen
Übertragungs-Wirkungsgrad, während gleichzeitig ein großes
Stand-Drehmomentverhältnis und eine große Drehmomentleistung sichergestellt ist.
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Mit dem Pumpenrad 12 und dem Turbinenrad 14, die mit den
Übergangsbegrenzungen (den gestuften Abschnitten) versehen sind, die sich in Flußrichtung erstrecken,
wird verhindert, daß an den Stellen, an denen der Flußweg plötzlich seine Richtung ändert,
eine Flußaufteilung auftritt, was an der flußregulierenden Funktion der
Übergangsbegrenzung liegt. Entsprechend kann die axiale Länge des Drehmomentwandlers unter
Sicherstellung des gewünschten Drehmomentverhältnisses und der Drehmomentleistung weiter
verringert werden. Da die Übergangsbegrenzungen durch das Ausbilden der gestuften
Abschnitte mittels Druckpressen hergestellt werden, erhöht sich auch die Steifigkeit der
Schaufeln insgesamt.
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Die Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform unterscheidet sich die Form der
einzelnen Schaufeln des Leitrades 15' von der des Leitrad 15 der vorherigen
Ausführungsform. Das heißt, daß jede Schaufel 15A' des Leitrades 15' so geformt ist, daß sich der
Übergang vom radial inneren Halbabschnitt 30' zum radial äußeren Halbabschnitt 40' im
Zirkulationsweg axial parallel zur Rotationsachse des Wandlers erstreckt. Die anderen
Teile dieser Ausführungsform sind auf die gleiche Weise wie in der in der Fig. 1 gezeigten
ersten Ausführungsform aufgebaut. Das Leitrad mit den so geformten Schaufeln 15A' läßt
sich leicht von der Form trennen, wenn es durch Kunstharzformpressen oder Gießen
hergestellt wird.
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Auch wenn bei den gezeigten Ausführungsformen die einzelnen Schaufeln des
Leitrades, des Pumpenrades und des Turbinenrades im Öl-Zirkulationsweg in einen radial
inneren Abschnitt und einen radial äußeren Abschnitt aufgeteilt sind, ist die vorliegende
Erfindung nicht auf diese Anordnung beschränkt, sondern es kann jede Schaufel auch in
drei oder mehr Abschnitte unterteilt sein. Die Fig. 10 und 11 zeigen ein modifiziertes
Beispiel der zweiten Ausführungsform, bei dem jede Schaufel in drei Abschnitte unterteilt
ist. Zum Beispiel besteht jede Schaufel 15A" des Leitrades 15" aus einem radial inneren
Abschnitt 30", einem mittleren Abschnitt (oder einem ersten radial äußeren Abschnitt oder
einem zweiten radial inneren Abschnitt) 50 und einem radial äußeren Abschnitt (oder
einem zweiten radial äußeren Abschnitt) 40", wobei die Abschnitte in der Radialrichtung
des Zirkulationsweges angeordnet sind. Es sind das Pumpenrad 12" und das Turbinenrad
14" mit den gestuften Übergangsabschnitten 22a, 22b und 24a, 24b versehen. Bei dieser
Anordnung wird der Öl-Zirkulationsweg in drei Flußwege aufgeteilt, das heißt in den
radial inneren Weg, den mittleren Weg und den radial äußeren Weg.
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Bei den gezeigten Ausführungsformen erstreckt sich die Rückseite (die
konvexe Seite) des radial inneren Halbabschnitts jeder Schaufel des Leitrades längs der Kurve
der Rückseite des radial äußeren Halbabschnitts, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht
auf diese Ausgestaltung beschränkt. Zum Beispiel kann der radial innere Abschnitt 30''' der
Leitradschaufel 15''' längs der Mittellinie 5 des radial äußeren Abschnitts 40''' ausgebildet
sein, wie es in der Fig. 12 gezeigt ist.
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Bei dem gemäß den Ausführungsformen aufgebauten Drehmomentwandler ist
jede Schaufel des Leitrades in der Radialrichtung des Zirkulationsweges in einen radial
inneren Halbabschnitt und einen radial äußeren Halbabschnitt aufgeteilt, und die
Vorderkante des radial inneren Halbabschnitts ist gegen die des radial äußeren Halbabschnitts
zurückgesetzt oder nach hinten versetzt, so daß der innere Halbabschnitt relativ zur
Rotationsachse des Wandlers einen größeren Winkel bildet als der äußere Halbabschnitt.
Entsprechend bewirkt effektiv statt dem radial inneren Halbabschnitt mehr der radial äußere
Halbabschnitt, dessen Vorderkante in die Richtung der Rotationsachse zeigt, die Änderung
der Flußrichtung des Öls beim Stillstand, ohne daß eine Flußaufteilung ausgelöst wird,
wodurch ein erhöhtes Stand-Drehmomentverhältnis und eine erhöhte Drehmomentleistung
sichergestellt ist. Außerdem ist der radial innere Halbabschnitt der Leitradschaufeln so
ausgerichtet, daß er im Bereich großer Geschwindigkeitsverhältnisse in Umfangsrichtung
liegt, wodurch der Koppelpunkt mehr zu höheren Geschwindigkeiten verschoben wird und
der Übertragungs-Wirkungsgrad ansteigt.
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Gemäß einem Aspekt der Ausführungsformen hat der radial innere
Halbabschnitt eine geringere Dicke als der radial äußere Halbabschnitt, und am Übergang vom
radial inneren Halbabschnitt zum radial äußeren Halbabschnitt ist ein gestufter Abschnitt
ausgebildet. In diesem Fall dient der gestufte Abschnitt als Wand zum Regulieren oder
Ausrichten des Ölflusses, so daß eine Flußaufteilung vermieden wird, die ansonsten am
radial inneren Halbabschnitt auftritt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Ausführungsformen ist jede Schaufel des
Pumpenrades oder des Turbinenrades mit einer Übergangsbegrenzung versehen, die den
radial inneren Halbabschnitt vom radial äußeren Halbabschnitt trennt. In diesem Fall kann
eine Flußaufteilung zum Großteil durch die Flußregulierungsfunktion der
Übergangsbegrenzung verhindert werden, und sogar wenn eine Flußaufteilung am radial inneren
Abschnitt des Zirkulationsweges auftritt, in dem sich die Richtung des Flusses plötzlich
ändert, erreicht der turbulente Fluß der Flußaufteilung den radial äußeren Abschnitt des
Zirkulationsweges nicht. Der Drehmomentwandler kann daher durch Verringern der axialen
Abmessungen klein gemacht werden, ohne daß sich die effektive Flußwegfläche verringert,
so daß ein ausreichendes Drehmomentverhältnis und eine ausreichende
Drehmomentleistung sichergestellt ist.
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Wenn die angegebene Übergangsbegrenzung als gestufter Abschnitt
ausgebildet wird, der sich derart vom radial inneren Halbabschnitt jeder Schaufel des Pumpenrades
oder des Turbinenrades zum radial äußeren Halbabschnitt erhebt, daß der radial äußere
Abschnitt gegenüber dem radial inneren Abschnitt versetzt ist, können die Schaufeln mit
der Übergangsbegrenzung leicht durch Druckpressen hergestellt werden. In diesem Fall
erhöht sich auch vorteilhafterweise die Steifigkeit der Schaufeln.
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Um die oben beschriebenen Ausführungsformen zusammenzufassen, es umfaßt
jede einen Drehmomentwandler für ein Kraftfahrzeug mit einem Pumpenrad, einem
Turbinenrad und einem Leitrad zum Ausbilden eines Zirkulationsweges für ein Öl und zum
Übertragen eines Drehmoments, wobei das Pumpenrad, das Turbinenrad und das Leitrad
jeweils mehrere Schaufeln aufweisen und wobei jede Schaufel des Leitrades in
Radialrichtung des Zirkulationsweges in einen radial inneren Halbabschnitt und einen radial äußeren
Halbabschnitt aufgeteilt ist, und wobei der radial innere Halbabschnitt eine Vorderkante
besitzt, die gegen die Vorderkante des radial äußeren Abschnitts zurückgesetzt oder nach
hinten versetzt ist und die bezüglich der Richtung der Rotationsachse des
Drehmomentwandlers um einen größeren Winkel geneigt ist als der radial äußere Halbabschnitt.
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Jede Ausführungsform umfaßt auch eine Einrichtung zum Regulieren des
Ölflusses so, daß eine Flußaufteilung am radial inneren Halbabschnitt unterdrückt wird.
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Nach einem vorteilhaften Aspekt der Ausführungsformen hat der radial innere
Halbabschnitt eine kleinere Dicke als der radial äußere Halbabschnitt, und an der konkaven
Seite jeder Schaufel ist ein gestufter Abschnitt am Übergang zwischen dem radial inneren
Halbabschnitt und dem radial äußeren Halbabschnitt ausgebildet. Der gezeigte Übergang
ist als gekrümmte Fläche ausgebildet, die im wesentlichen entlang der Mittellinie des
Zirkulationsweges verläuft.
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Nach einem anderen vorteilhaften Aspekt umfaßt mindestens entweder jede
Schaufel des Pumpenrads oder des Turbinenrads einen radial inneren Halbabschnitt, einen
radial äußeren Halbabschnitt und eine Übergangsbegrenzung, die sich längs des
Zirkulationsweges erstreckt und die den radial inneren Halbabschnitt vom radial äußeren
Halbabschnitt trennt. Die Übergangsbegrenzung ist wie gezeigt als ein gestufter Abschnitt
ausgebildet, der sich vom radial inneren Halbabschnitt jeder Schaufel zum radial äußeren
Halbabschnitt erhebt, so daß der radial äußere Halbabschnitt gegenüber dem radial inneren
Halbabschnitt versetzt ist.
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Bei dem wie oben beschrieben aufgebauten Drehmomentwandler gemäß den
Ausführungsformen zeigt die Vorderkante des radial äußeren Halbabschnitts jeder Schaufel
des Leitrades im Vergleich zur Vorderkante des radial inneren Abschnitts in die Richtung
der Rotationsachse des Wandlers, um den Fluß des Öls im radial äußeren Abschnitt des
Zirkulationsweges aufzunehmen, der die Betriebseigenschaften des Wandlers im Stand
bestimmt. Entsprechend tritt nicht so schnell eine Flußaufteilung auf, und es kann ohne
Verringerung der effektiven Flußwegfläche ein großes Stand-Drehmomentverhältnis und
eine große Drehmomentleistung erhalten werden. Außerdem bildet der radial innere
Halbabschnitt der Leitradschaufeln zur Umfangsrichtung des Zirkulationsweges im Bereich
großer Geschwindigkeiten einen relativ kleinen Winkel, wodurch der Koppelpunkt mehr zu
höheren Geschwindigkeiten verschoben wird und sich der Übertragungs-Wirkungsgrad
erhöht.
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Mit der Einrichtung zum Regulieren des Ölstroms kann die Flußaufteilung zum
größten Teil verhindert werden, wodurch die effektive Flußwegfläche erhalten bleibt und
eine große Drehmomentleistung erhalten wird.
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Der radial innere Halbabschnitt hat eine kleinere Dicke als der radial äußere
Halbabschnitt, und am Übergang vom radial inneren Halbabschnitt zum radial äußeren
Halbabschnitt ist ein gestufter Abschnitt ausgebildet, wobei der gestufte Abschnitt als
Wand zum Regulieren oder Ausrichten des Ölflusses dient, wodurch eine Flußaufteilung
vermieden wird, die sonst am radial inneren Halbabschnitt auftritt.
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Jede Schaufel des Pumpenrades oder des Turbinenrades ist mit einer
Übergangsbegrenzung versehen, die wie beschrieben den radial inneren Halbabschnitt vom
radial äußeren Halbabschnitt trennt, so daß eine Flußaufteilung zum Großteil durch die
Flußregulierungsfunktion des Übergangsbegrenzung verhindert werden kann, und sogar
wenn eine Flußaufteilung am radial inneren Abschnitt des Zirkulationsweges auftritt, in
dem sich die Richtung des Flusses plötzlich ändert, erreicht der turbulente Fluß der
Flußaufteilung den radial äußeren Abschnitt des Zirkulationsweges nicht.
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Die angegebene Übergangsbegrenzung ist als gestufter Abschnitt ausgebildet,
der sich vom radial inneren Halbabschnitt jeder Schaufel des Pumpenrades oder des Turbinenrades
zum radial äußeren Halbabschnitt erhebt, so daß der radial äußere Abschnitt
gegenüber dem radial inneren Abschnitt versetzt ist und die Übergangsbegrenzung leicht
durch Druckpressen hergestellt werden kann. In diesem Fall erhöht sich auch die
Steifigkeit der Schaufeln.