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Kernringlose Strömungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge
Das Stammpatent Nr. 229725 betrifft eine kernringlose Strömungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der der im Turbinenrad befindliche Teil des Arbeitsraumes einen kleineren Innendurchmesser aufweist als der im Pumpenrad befindliche Arbeitsraum-Teil und wobei ein zumindest zu einem wesentlichen Teil radial innerhalb des Arbeitsraumes angeordneter und von diesem durch eine Trennwand abgegrenzter Aufnahmeraum (Stauraum) durch dem Turbinenrad zugewandte Öffnungen mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht, derart, dass sich bei grossem Schlupf ein Teil der Arbeitsflüssigkeit im Stauraum anstaut und dadurch die Kraftübertragungsfähigkeit entsprechend vermindert ist.
Diese Kupplungsausführung erfüllt die Forderung einerseits nach einer ausreichend grossen Drehmomentverminderung bei grossem Schlupf und anderseits nach ungestörter Strömung und hohem Wirkungsgrad im Normalbetrieb mit kleinem Schlupf. Beim Übergang von kleinem auf grossen Schlupf zeigt sich jedoch ein Nachteil insofern, als dann die Wirkung des Stauraumes plötzlich und sofort in grossem Ausmasse einsetzt und hiedurch eine unerwünscht grosse Absenkung des Drehmomentes im Bereich mittlerer Schlupfwerte erfolgt.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles sind nach dem Stammpatent die im radial inneren Bereich des der Arbeitsflüssigkeit zugänglichen Kupplungsraumes befindlichen Bauteile, u. zw. die Trennwand oder/und im oder nahe am Stauraum befindliche zusätzliche Einbauten derart ausgebildet, dass bei einer Verlagerung der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Ringströmung aus dem mittleren Durchmesserbereich des Arbeitsraumes in den Bereich des Stauraumes (d. h. bei zunehmendem Kupplungsschlupf) eine mit dieser Strömungsverlagerung allmählich von Null an zunehmende Drosselung der Ringströmung erfolgt.
Diese zusätzlichen Massnahmen bestehen in einer besonderen Ausbildung und Anordnung der Trennwand zwischen Stauraum und Arbeitsraum dergestalt, dass diese Trennwand in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche Ausbildung besitzt und beispielsweise mit Durchbrechungen versehen ist oder aber in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche Gestaltung mit variierenden radialen Abmessungen aufweist. Es ist aber auch stattdessen oder zusätzlich die Anordnung von Einbauten in oder nahe am Stauraum möglich, beispielsweise in Gestalt von an sich bekannten Dros- seringen.
Die Erfindung hat eine besonders vorteilhafte Ausbildung dieser Strömungskupplungsbauart nach dem Stammpatent zum Gegenstand und besteht darin, dass der Stauraum in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche axiale Tiefe oder/und eine unterschiedliche radiale Ausdehnung aufweist. Auf Grund dieser Ausbildung ist dann das Fassungsvermögen der in verschiedenen Umfangswinkelbereichen der Kupplung liegenden Stauraumabschnitte und deren Einzelstauwirkung unterschiedlich gross, und infolgedessen tritt bei der Verlagerung des vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Teiles der Ringströmung aus dem mittleren Arbeitsraumbereich in den radial inneren Bereich eine nur allmählich einsetzende und allmählich zunehmende Gesamtstauwirkung und Gesamtdrosselung der Kreisringströmung ein.
Auf diese Weise wird somit ebenfalls der unerwünschte Drehmomentabfall im Bereich mittlerer Schlupfwerte vermieden.
Die unterschiedliche axiale Tiefe des Stauraumes lässt sich in zweckmässiger Weise mit einer Ausbildung erreichen, bei der die dem Turbinenrad zugewandte Stirnkante der Trennwand in verschiedenen * 1. Zusatzpatent Nr. 234519.
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Meridianebenen in bezug auf dieAchsrichtung in verschiedenen Bereichen liegt, d. h. also, dass sich diese Stirnkante nicht in einer einzigen achssenkrechten Ebene befindet. Hiebei ist es ausserdem möglich, die Trennwand in an sich bekannter Weise konisch auszubilden, wobei der grössere Durchmesser nahe dem Turbinenrad liegt, so dass dann sowohl die axiale als auch die radiale Erstreckung der Trennwand längs des Umfanges variiert, wodurch die angestrebte Wirkung noch gesteigert wird.
Ferner ist eine Ausführungsform der Erfindung möglich, bei der die vom Turbinenrad abgewandte Begrenzungswand des Stauraumes (Stauraumrückwand), die in der Regel achssenkrecht oder angenähert achssenkrecht verläuft, in verschiedenen Meridianebenen in bezug auf die Achsrichtung in verschiedenen Bereichen liegt. Hiebei empfiehlt sich zwecks Vereinfachung und Verbilligung der Fertigung ausserdem eine Konstruktion, bei der die Stauraumrückwand von Füllkörpern oder Einsätzen gebildet wird, die von den übrigen Teilen des Pumpenrades gesondert hergestellt sind.
Bei der Herstellung des Pumpenrades durch Giessen, Pressen od. dgl. kann die Stauraumrückseite ursprünglich als einfache planparallele oder zumindest als rotationssymmetrische Fläche ausgebildet werden, vor die dann zwecks Erzielung der erfindungsgemässen Gestalt der Stauraumrückwand die vorgenannten Füllkörper oder Einsätze gesetzt werden. Dies hat noch den weiteren Vorteil, dass verschieden geformte Füllkörper oder Einsätze verwendbar sind, so dass sich unter Benutzung ein und derselben Kupplungsgrundform je verschiedene Kupplungsabarten mit unterschiedlicher Charakteristik erzielen lassen.
In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Hiebei zeigen Fig. 1 und 2 einen Längsschnitt bzw. einen Querschnitt einer erfindungsgemässen Strömungskupplung, bei der die turbinenseitige Stirnkante der Trennwand in verschiedenen axialen Bereichen liegt, Fig. 3 eine
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schnitt durch ein Pumpenrad, dessen Stauraumrückwand in verschiedenen Meridianebenen in verschiedenen Axialbereichen liegt, Fig. 6 eine zugehörige Abwicklung des Zylinderschnittes lI-li nach Fig. 5, Fig. 7 eine der Fig. 5 ähnliche Pumpenradausführung, jedoch mit gesonderten Einsätzen an der Stauraumrückseite, Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine Strömungskupplung mit konischer Trennwand und Fig. 9 eine Abwicklung des Zylinderschnittes nach in-in in Fig. 8.
Gemäss Fig. 1 - 3 sind mit 191 das Pumpenrad (mit dem Antriebsmotor verbundenes Schaufelrad) und mit 192 das Turbinenrad der Strömungskupplung bezeichnet. Radial innerhalb der Pumpenradbeschaufelung 193 ist ein Stauraum 19# vorgesehen, der durch die Trennwand 195 gegen den im Pumpenrad befindlichen Strömungsraumteil abgegrenzt ist. Bei kleinem Kupplungsschlupf verläuft die Kreisringströmung nach dem voll ausgezogenen Pfeil 196, d. h. also ausserhalb des Stauraumes und ohne Beeinträchtigung durch diesen. Der strichlierte Pfeil 197 deutet dagegen die Strömung bei grossem Schlupf an, wobei ein Teil der Arbeitsflüssigkeit innerhalb des Stauraumes 194 angestaut und dort zurückgehalten wird.
Wie insbesondere aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegt die turbinenseitige Stirnkante 198 der Trennwand 195 nicht in ein und derselben achssenkrechten Ebene, sondern erstreckt sich-in Achsrichtung betrachtet-über einen bestimmten Bereich derart, dass die Zylinderabwicklung dieser Stirnkante 198 etwa si-
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Aufnahmevermögen besitzen. Daraus resultiert in verschiedenen Umfangswinkelbereichen der Kupplung eine unterschiedlich grosse Stauwirkung, wodurch beim Übergang von kleinem auf grossen Kupplungsschlupf und umgekehrt der erwünschte allmähliche Verlauf der Drehmomentübertragungsfähigkeit erreicht wird.
Sofern es erwünscht ist, einen Flüssigkeitsaustausch zwischen den in axialer Richtung verschieden tiefen Stauraumabschnitten 194', 194"und 194*"hintan zu halten, sind diese Abschnitte durch radial und achsparallel gerichtete Zwischenwände 199 voneinander getrennt. Im vorliegenden Fall liegen diese Zwischenwände in der Verlängerung von Pumpenradschaufeln, um eine einfache Fertigung zu gewährleisten.
Die Fig. 4 zeigt eine gegenüber der Fig. 1 geringfügig abgewandelte Ausführung eines Pumpenrades.
An dessen Rückwand 201 ist eine den Stauraum 202 radial nach aussen begrenzte Trennwand vorgesehen, die in verschiedenen Umfangswinkelbereichen der Kupplung je verschiedene Querschnitte gemäss den Querschnittsprofilen 203'bzw. 203" (strichliert dargestellt) und 203'" (punktiert dargestellt) aufweist.
Die Pumpenschaufeln 204 bilden auch hier mit ihrem radial innersten Bereich Zwischenwände für den Stauraum 202.
In den Fig. 5 und 6 ist an Hand eines Längsschnittes bzw. der Abwicklung eines Zylinderschnittes
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nach der Linie n-n der Fig. 5 eine weitere erfindungsgemässe Pumpenradausführung dargestellt. Die längs des Umfanges variierende axiale Tiefe des Stauraumes 211 wird hier dadurch erzielt, dass dessen Rückwand 212 in verschiedenen Umfangswinkelbereichen in Achsrichtung eine unterschiedliche Lage hat und in der Abwicklung nach Fig. 6 eine etwa sinusförmige Schnittfläche aufweist. Die dem Turbinenrad zugewandte Stirnkante 213 der den Stauraum radial nach aussen begrenzenden Trennwand 214 liegt dagegen hier in einer einzigen achssenkrechten Ebene. Ferner sind auch hier radial und achsparallel gerichtete Zwischenwände 215 zur Unterteilung des Stauraumes vorgesehen.
Die Pumpenradschaufeln 216 sind in dem oberen Teil der Fig. 6 strichliert angedeutet.
Bei der Pumpenradausbildung nach Fig. 7 entspricht die äussere Gestaltung im Prinzip der Fig. 5, d. h. dass auch hier die turbinenseitige Stimkante 221 der Trennwand 222 in einer achssenkrechten Ebene liegt, während die Rückwand 223 des Stauraumes eine gleiche sinusförmige Gestalt aufweist wie die Rückwand 212 nach den Fig. 5 und 6. Die Rückwand wird allerdings hiervon einem von den übrigen Teilen des Pumpenrades gesondert gefertigten und als Blechpressteil hergestellten Einsatz gebildet, der durch Schweissen mit der Trennwand 222 und der Pumpenradnabe 224 verbunden ist. Es lassen sich dann durch Anwendung lediglich verschiedenartiger Einsätze und ansonsten gleicher Kupplungsteile ohne Schwierigkeit verschiedenartige Charakteristiken erzielen.
Die Fig. 8 und 9 zeigen schliesslich eine weitere Kupplungsausführung mit konisch ausgebildeter Trennwand 231, die als gesonderter Blechpressteil hergestellt und an dem Pumpenrad 232 durch Nieten 233 befestigt ist. Die in Fig. 9 dargestellte Abwicklung des Zylinderschnittes li-rn nach Fig. 8 lässt ersehen, dass die turbinenseitige Stirnkante 234 der Trennwand 231 im abgewickelten Zustand eine Sinusform aufweist. Infolgedessen haben hier die einzelnen Winkelabschnitte des Stauraumes 235 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung eine unterschiedliche Ausdehnung, was sich in bezug auf den angestrebten Verlauf der Drehmomentcharakteristik besonders günstig auswirkt. Das Pumpenrad 232 sowie das Turbinenrad 236 sind hiereinschliesslich ihrer Beschaufelungen 237 bzw. 238, jedoch mit Ausnahme der Trennwand 231, gleich ausgebildet.
PATENTANSPRÜCHE : l. Kernringlose Strömungskupplung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei der der im Turbinenrad befindliche Teil des Arbeitsraumes einen kleineren Innendurchmesser aufweist als der im Pumpenrad befindliche Arbeitsraum-Teil und wobei ein zumindest zu einem wesentlichen Teil radial innerhalb des Arbeitsraumes angeordneter und von diesem durch eine Trennwand abgegrenzter Aufnahmeraum (Stauraum) durch dem Turbinenrad zugewandte Öffnungen mit dem Arbeitsraum in Verbindung steht, und wobei ferner die im radial inneren Bereich des der Arbeitsflüssigkeit zugänglichen Kupplungsraumes befindlichen Bauteile, u. zw.
die Trennwand oder/und im oder nahe am Stauraum befindliche zusätzliche Einbauten derart ausgebildet sind, dass bei einer Verlagerung der vom Turbinenrad zum Pumpenrad gerichteten Ringströmung aus dem mittleren Durchmesserbereich des Arbeitsraumes in den Bereich des Stau-
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h.net, dass der Stauraum (194 ; 202 ; 211 ; 235) in verschiedenen Meridianebenen eine unterschiedliche axiale Tiefe oder/und eine unterschiedliche radiale Ausdehnung aufweist.
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