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Typenreihe von Strömungswandlern und Strömungsgetriebe mit mindestens zwei Strömungswandlern
Die Erfindung betrifft eine vorteilhafte und besonders wirtschaftliche Ausbildung von mehreren ver- schiedenen Typen von Strömungswar. dlern mit je unterschiedlichen Drehzahl-und/oder DrehmomentUbersetzungen. Ferner wird noch eine sehr zweckmässige Ausbildung von Strömungsgetrieben mit mindestens zwei je verschiedenen Gangbereichen zugeordneten Strömungswandlern vorgeschlagen.
Auf zahlreichen Gebieten der Technik ist bereits ein einfaches und wirtschaftliches Herstellen von Maschinen od. dgl. sowie eine Verringerung der zugehörigen Ersatzteilhaltung dadurch angestrebt und auch mit gutem Erfolg erreicht worden, dass bei mehreren Typen der gleichen Maschinenart zum Teil gleiche Bauelemente verwendet werden. Dieses sogenannte Baukastenprinzip hat jedoch im Strömungswandlerbau bislang kaum Eingang gefunden, da die zahllosen und sehr verschiedenen Verwendungsarten der Wandler, das Anpassen an die geforderten unterschiedlichen Drehzahl- und DrehmomentUbersetzun- gen, ferner die vielen möglichen Beschaufelungsarten, die Zahl und Anordnung der Schaufelkränze u. a. m. eine Vielzahl von Wandlerbauarten mit abweichenden Formen und Abmessungen ergeben. Er-
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ohne weiteres benutzt werden können.
Durch die Erfindung wird nun ein vorteilhafter Weg gewiesen, wie das Prinzip der Baukastenbauweise mit seinen Vorteilen auch im Strömungswandlerbau angewendet werden kann, ohne dass dabei nachteilige Auswirkungen auf das Betriebsverhalten der Wandler, insbesondere auf deren Wirkungsgrade, in Kauf genommen werden müssen.
Der erfindungsgemässe Vorschlag ist für die Ausbildung mehrerer verschiedener Typen von Strömungswandlern mit gleicher Grösse und gleicher Leistungsaufnahme bei gleicher Primärdrehzahl geeignet, mit denen je unterschiedliche Drehzahl-und/oder Drehmomentübersetzungen erzielt werden sollen. Gerade diese Eigenschaften sind nämlich in vielen Fällen besonders wichtig, z. B. dann, wenn die Wandler für die verschiedenen Gangbereiche eines Strömungsgetriebes vorgesehen sind. Die Erfindung besteht darin, dass bei allen Wandlern einer Typenreihe sämtliche einander entsprechenden Bauteile gleich oder fast gleich ausgebildet sind mit Ausnahme der Turbinenradbeschaufelung oder aber der Leitradbeschaufelung und dass ferner bei jedem Wandlertyp eine andere, entsprechend seiner Übersetzung ausgelegte Turbinenradbeschaufelung bzw.
Leitradbeschaufelung vorgesehen ist.
Diese Ausbildung hat sich von allen Möglichkeiten als ganz besonders geeignet erwiesen, das Übersetzungsverhältnis, sei es der Drehzahlen oder der Drehmomente eines Strömungswandlers, zu verändern. Dabei werden in erwUnschter Weise die übrigen Eigenschaften der Wandler, insbesondere ihre Leistungsaufnahme, der Wirkungsgrad und die sogenannte"Volligkeit"der Wirkungsgradkurve, nicht oder höchstens unwesentlich beeinträchtigt.
Der Hauptvorteil dieser Ausbildung liegt aber vor allem auf wirtschaftlichem Gebiet und besteht insbesondere in den nunmehr bedeutend kleineren Fertigungskosten. Da nämlich die Anzahl der verschiedenen Bauteile einer ganzen Wandler-Typenreihe sehr verringert ist, sind dementsprechend auch die Kosten
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Vorratshaltung kann sowohl beim Hersteller als auch in den Zwischen- und Auslieferungslagern kleiner gehalten werden, welche Umstände ebenfalls kostenmindernd wirken. Ebenso dürfte die Verkürzung der
Herstellungszeiten nicht unbeachtlich sein.
Von den beiden Ausführungsvarianten ist die mit einem Austausch der Turbinenbeschaufelung besonders dann geeignet, wenn die verschiedenen Wandlertypen sowohl in der Drehzahl- als auch in der Drehmomentübersetzung Unterschiede aufweisen sollen. Eine unterschiedliche Ausbildung der Leitradschaufeln empfiehlt sich dagegen, wenn, wie z. B. bei Anfahrwandlern, im wesentlichen nur eine Steigerung der Momentwandlung im Anfahrbereich gewünscht wird.
Nach einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung sind für die bei verschiedenen Wandlertypen unterschiedlich ausgelegten Turbinen- bzw. Leitradbeschaufelungen zylindrische oder angenähert zylindrische Schaufeln vorgesehen, wie sie im Wandlerbau an sich schon bekannt sind. Diese Schaufeln lassen sich dann aus gezogenen oder gepressten Profilen oder aber durch Herausfräsen aus dem vollen Material herstellen ; das ergibt eine hydraulisch günstige glatte Oberfläche und ist verhältnismässig billig.
Auch für gegossene Schaufeln ist die zylindrische Schaufelform von Vorteil, da hiebei die Form-und Gussherstellung wesentlich erleichtert ist. Die dadurch erzielte Fertigungsverbilligung wirkt sich deshalb ziemlich stark aus, da der verhältnismässige Kostenanteil der bei jedem Typ verschiedenartig auszufüh renden Beschaufelung besonders hoch ist.
Es ist wohl bereits früher eine Ausbildung mehrerer Strömungswandlertypen vorgeschlagen worden, die sich lediglich durch ihre mit je anderer Beschaufelung ausgeführten Pumpenräder unterschieden. Bei einer ähnlichen vorbekannten Typenreihe wurden die Beschaufelungen des Pumpenrades sowie einer dritten Turbinenstufe je verschieden ausgeführt. Beide Herstellungsarten ermöglichen zwar ebenfalls eine Fertigungsverbilligung, hiebei ist jedoch im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand eine Abstufung der Aufnahmeleistung der Wandlertypen bezweckt worden. Eine Änderung der Drehzahl-und Drehmomentüber- setzungen, wie dies in der Praxis oft erforderlich ist und gemäss der Erfindung erzielt wird, wurde dagegen mit diesen älteren Vorschlägen nicht erreicht.
Ausserdem sind bei letzteren die für jeden Wandlertyp anders auszulegenden Pumpenrad-Beschaufelungen, da sie fast stets räumlich gekrümmte Schaufeln aufweisen, gerade die am schwierigsten herzustellenden Bauteile. wodurch die Fertigungsverbilligung der gesamten Typenreihe wieder geschmälert wird.
Die erfindungsgemässe Wandler-Typenreihe ermöglicht ferner eine sehr zweckmässige Ausbildung eines mehrgängigen Strömungsgetriebes, das mindestens zwei je verschiedenen Gangbereichen zugeordnete und wahlweise ein-und ausschaltbare Strömungswandler mit gleichen Primärdrehzahlen und gleicher Leistungsaufnahme aufweist. Diese Bedingungen liegen nämlich bei den meisten mehrgängige Wandlergetrieben vor, da dort zur Vereinfachung der Konstruktion die Pumpenräder aller Strömungskreisläufe auf einer gemeinsamen Primärwelle angeordnet sind.
Für derartige Strömungsgetriebe wird nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, dass mindestens zwei der Wandler gleich gross bemessen und als je unterschiedliche Wandlertypen der gleichen
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chen Vorteile, wie sie für die neue Typenreihenausbildung beschrieben wurden, nämlich kleinere Herstellungskosten, Verringerung der Ersatzteilhaltung und der Fertigungszeiten. Ausserdem wird dadurch die Konstruktion neuer Getriebe erleichtert und das hiebei stets in Kauf zu nehmende Entwicklungsrisiko vermindert.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
Hiebei zeigen : Fig. l ein erfindungsgemäss ausgebildetes Strömungsgetriebe mit drei entleerbaren Strömungskreisläufen, von denen zwei als zur gleichen Typenreihe gehörende Wandler mit unterschiedlichen Turbinenbeschaufelungen ausgebildet sind, Fig. 2 in grösserem Massstab einen Axialschnitt durch das Turbinenrad der Wandler des vorgenannten Strömungsgetriebes, Fig. a und 4 je einen achssenkrechten Schnitt durch die Turbinenbeschaufelung des Wandlers 1 und 2 nach der Linie A-A der Fig. 2, Fig. 5 ein Vergleichsdiagramm mit den wichtigsten Kennlinien der Wandler 1 und 2, Fig. 6 einen Axialschnitt durch das Leitrad zweier anderer Strömungswandler einer gleichen Typenreihe, jedoch mit verschiedenen Leitradbeschaufelungen, Fig.
7 und 8 je einen achssenkrechten Schnitt durch die Leitradbeschaufelungen dieser Wandler nach derLinie B-B der Fig. 6 und Fig. 9 ein Vergleichsdiagramm rilit den wichtigsten Kennlinien dieser zwei Wandler.
Das. in Fig. l im Längsschnitt dargestellte Strömungsgetriebe weist einen Wandler 1 zum Anfahren und einen Wandler 2 für den mittleren Geschwindigkeitsbereich auf. Zusätzlich ist noch eine Strömungskupplung 3 für den obersten Gangbereich vorgesehen. Das Einschalten jedes Ganges erfolgt durch Füllen des zugehörigen StrömungskreisIaufes und Entleeren der übrigen Kreisläufe über die angedeuteten Füll-
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und Entleerleitungen 4,5 und 6. Der nur teilweise dargestellte Antriebsmotor 7 gibt seine Leistung über die Getriebeeingangswelle 8 und den ins Schnelle Uberset-zenden Zahnradhochgang 9, 10 an die Primärwelle 11 ab, auf der die Pumpenräder 12, 13 und 14 sämtlicher Strömungskreisläufe befestigt sind.
Bei eingeschaltetem, d. h. also gefülltem Anfahrwandler 1 wird dann die Leistung von dem Turbinenrad 16 über das Zahnräderpaar 17, 18 auf die Abtriebswelle 19 weiter übertragen. Im zweiten Gang ist lediglich der Wandler 2 gefüllt und der Kraftfluss verläuft von dem Turbinenrad 21 über die Kupplungsschale 22, das Kupplungs-Turbinenrad 23 und das Zahnräderpaar 24,25 wiederum zur Abtriebswelle 19. Im obersten
Gangbereich ist schliesslich die Strömungskupplung 3 gefüllt, wobei deren Turbinenrad 23 die Leistung an die Welle 19 abgibt, u. zw. ebenfalls über das Zahnräderpaar 24,25.
Da die Pumpenräder der beiden Strömungswandler 1 und 2 auf einer gemeinsamen Primärwelle U sitzen, sind ihre Drehzahlbereiche gleich. Damit ferner in jedem Gang die volle Motorleistung übertra- gen werden kann, müssen die Wandler auch für gleiche Leistungsaufnahme ausgelegt sein. Beide Wandler sind nun erfindungsgemäss als Wandler der gleichen Typenreihe und mit verschiedener Drehzahl- und Drehmomentübersetzung ausgebildet. Es sind somit das Gehäuse 27 des Wandlers 1 sowie seine Leitradbe- schaufelung 28, das Pumpenrad 12 und dessen Beschaufelung mit je gleicher Grösse und Gestalt ausgeführt wie die entsprechenden Bauelemente 27'bzw. 28'und 13 des Wandlers 2.
Lediglich die Beschaufelung der Turbinenräder 16 und 21 ist bei beiden Wandlern verschieden ausgelegt, um den gewünschten Unterschied in der Drehzahl-und Drehmomentübersetzung zu erzeugen. Weitere Einzelheiten der Turbinenradausbildung sind aus den Fig. 2 - 4 ersichtlich.
Die der gleichen Typenreihe angehörenden Wandler ergeben die bereits an frühere Stelle ausführ- lich erläuterten Vorteile, insbesondere eine Fertigungsverbilligung, Verringerung der Vorrats-und Ersatzteilhaltung und eine Verkürzung der Herstellungszeiten. Auch die Neukonstruktion solcher Strömungsgetriebe wird durcti d-e typisierten und bereits erprobten Wandler erleichtert und verbilligt und das Risiko vermindert.
Der Stufensprung zwischen den Wandlergängen wird nach einer günstigen Ausführungsform zu einem Teil durch die verschiedene innere hydraulische Übersetzung der Wandler 1 und 2 und zum andern Teil durch die verschiedene Untersetzung der Zahnräderpaare 17, 18 und 24,25 bewirkt. Dadurch lassen sich die Ventilationsverluste in den jeweils entleerten Wandlern niedrig halten. Ein weiterer Vorteil dieser Auslegung besteht darin, dass die Zahnräderuntersetzung 24, 25 noch den Erfordernissen des Kupplungsganges angepasst und dann-wie dies gemäss Fig. 1 der Fall ist-für den zweiten Wandlergang und den Strömungskupplungsgang gemeinsam benutzt werden kann.
Die Fig. 2 - 4 zeigen in gegenüber Fig. 1 vergrösserter Darstellung die Ausführung der Turbinenräder 16 und 21 der Wandler 1 und 2. Die Turbinenradscheibe 30, der Turbinenradring 31 und in vielen Fällen auch die Nabe 32 sind bei beiden Wandlern gleich ausgebildet, so dass zum Herstellen der Turbinenräder aller Wandler dieser Typenreihe zumindest gleiche Schmiederohlinge oder Gussmodelle verwendbar sind. Die Turbinenbeschaufelungen sind dagegen verschieden ausgelegt, u. zw. bei dem Anfahrwandler 1 entsprechend seiner grösseren Momentwandlung mit ziemlich stark gekrümmten Schaufeln 33a, 33b nach Fig. 3 (beachte den Krümmungsradius p), bei dem Marschwanaler 2 mit wesentlich flacheren Schaufeln 34a, 34bgemäBFig. 4.
Die Turbinenschaufeln sind ferner zylindrisch gestaltet und im vorliegenden Fall durch Fräsen hergestellt, wodurch eine glatte Schaufeloberfläche mit günstigen hydraulischen Eigenschaften gewährlei- stet wird. Um trotz der engen Schaufelteilung hinreichend dicke Fräser verwenden zu können, sind die Schaufeln 33a und 34a aus dem vollen Material der Turbinenscheibe 30 und die Schaufeln 33b und 34b aus dem vollen Material des Turbinenradringes 31 herausgefräst. Mittels angedrehter Zapfen 35 bzw. 36 sind die Schaufeln mit dem Turbinenradring 31 bzw. mit der Turbinenradscheibe 30 vernietet.
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zungswert 0 - 38 des Anfahrwandlers 1 ist somit auf Grund der unterschiedlich ausgelegten Turbinenradbeschaufelung wesentlich grösser als der entsprechende Wert 0 - 39 des Marschwandlers 2.
Die strichlierten Kurven il und ' geben den Wirkungsgradverlauf für den Wandler 1 bzw. 2 an, Ihre
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zahlverhältnisse # und #' gelten als Mass für die Drehzahlübersetzung der Wandler. Sie ist alopt opt so beim Marschwandler 2 grösser als beim Anfahrwandler 1.
In dem Diagramm sind ausserdem noch die punktierten Kurven K und K* für die spezifische Leistungsaufnahme des Wandlers 1 bzw. 2 eingetragen. Hienach ist die Leistungsaufnahme in dem für eine Benutzung in Frage kommenden Hetriebsbereich bei beiden Wandlern wie erwünscht fast gleich. Insgesamt lässt also das Kurvenschaubild deutlich erkennen, dass das Austauschen lediglich der Turbinenradbeschaufelung eines Wandlers besonders vorteilhaft dazu geeignet ist, bei fast gleichbleibender Leistungsaufnahme die Drehzahlühersetzung zu vergrössern und die Drehmomentübersetzung zu verkleinern und umgekehrt.
Die Fig. 6 - 9 zeigen Einzelheiten zweier Wandler einer andern Typenreihe, bei der die Leitradbeschaufelungen je verschieden ausgelegt sind, wogegen die Pumpen- und Turbinenradbeschaufelungen, ferner das Wandlergehäuse 48 sowie auch die übrigen Bauteile dieser Wandler je gleiche Ausbildung besitzen. Die Leitschaufeln 41 und 42 sind in diesem Falle beispielsweise aus gezogenen Profilen hergestellt und durch Zapfen 43,44, 45 und 46 mit dem flanschartigen Leitradträgei 47 sowie mit dem Leitradring 49 vernietet. Der Leitradträger 47 ist in dem Wandlergehäuse 48 eingesetzt und hieran in nicht dargestellter Weise festgeschraubt.
Die Leitschaufeln 41 des einen Wandlertyps (Fig. 7) sind ziemlich flach, die Leitschaufeln 42 des andern Typs (Fig. 8) dagegen anders geformt, vor allem stärker gekrümmt. Der Leitradträger 47 und der Leitradring 49 können bei beiden Wandlern gleich oder zumindest so ähnlich ausgebildet sein, dass hiefür wiederum gleiche Rohlinge, Drehschablonen usw. verwendbar sind.
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nicht dargestellt worden, da sie ähnlich wie nach Fig. 5 bei beiden Wandlertypen fast gleich ist. Das Schaubild lässt erkennen, dass sich das Austauschen lediglich der Leitradbeschaufelung besonders dazu eignet, die Drehmomentwandlung hauptsächlich im Anfahrbereich zu verändern, dagegen die Momentwandlung im oberenDrehzahlbereich des Wandlers, ferner den gesamten Wirkungsgradverlauf , ' und die
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Die eingangs beschriebene Typenausbildung der Wandler kann bei Bedarf noch in der Weise erweitert werden, dass man die beiden Varianten-Verwendung entweder unterschiedlicher Turbinenheschaufelungen oder unterschiedlicher Leitradbeschaufelungen-miteinander kombiniert. Ausgehend von einem bestimmten Wandlergrundtyp können hienach entweder die Turbinenbeschaufelung oder die Leitradbeschaufelung oder aber beide verschieden ausgebildet werden. Man erhält dann statt einer Typenrethe ein ganzes Typenfeld, das z. B. bei Verwendung von zwei verschiedenen Turbinenbeschaufelungen und zwei verschiedenenleitradbeschaufelungen vier Wandlertypen umfasst. Die Betriebsverhältnisse lassen sich dadurch noch mehr variieren als bei den eingangs beschriebenen Typenreihen.
Desgleichen dürften sich dann auch die Vorteile der Verminderung der Fertigungskosten, der Vorratshaltung usw. noch mehr auswirken.
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