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Gegenstand der Erfindung ist ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit mehreren koaxial angeordneten Schaufelkränzen, deren Schaufeln in jedem Kranz mit einem ersten Seitenring zu einem einstückigen Gussteil und mit einem zweiten Seitenring lösbar verbunden sind, wobei wenigstens einer der Seitenringe mit einem andern Schaufelkranz und/oder einer Welle lösbar verbunden und alle lösbaren Verbindungen mit Passflächen zur gegenseitigen Zentrierung der verbundenen Teile versehen sind.
Die Herstellung von Schaufelblattsystemen für Drehmomentwandler erfordert sehr hohe Werkzeugkosten, besonders dort, wo Drehmomentwandler für Kraftfahrzeuge hergestellt werden sollen, und in solchen Fällen ist eine Herabsetzung der Herstellungskosten unter dem Gesichtspunkt der ständigen Aufgabe, alle Kosten zu senken, äusserst erwünscht. Für die Herstellung hydraulischer Drehmomentwandler bestand bisher nur die Möglichkeit, entweder einen Drehmomentwandler mit verhältnismässig geringem Leistungsvermögen einfach und billig herzustellen oder einen Hochleistungswandler mit hoher Drehmomentvervielfachung und gutem Wirkungsgrad zu schaffen, der dann jedoch die Anwendung teurer Fertigungsmethoden erforderte und folglich auch selbst entsprechend teuer war.
Die bisher für die billigen Typen von Drehmomentwandlern benutzten Herstellungsmethoden bestanden entweder darin, Stanzteile aus Stahl miteinander zu verschweissen oder vergleichsweise rohe, gegebenenfalls im Feingussverfahren hergestellte Schaufelblattkomponenten zu verwenden. Beide Herstellungsmethoden erlauben nur den Bau von Wandlern mit verhältnismässig geringen wirtschaftlich ausnutzbaren Drehmomentübersetzungsverhältnissen beim Anfahren und im Betrieb.
Wandler mit grosser Drehmomentübersetzung und gutem Wirkungsgrad werden bis jetzt entweder mit gezogenen Schaufelprofilien hergestellt, die an ihren Seitenringen vernietet sind, oder sie enthalten gefräste
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die Übertragung hoher Leistungen vorgesehenen Drehmomentwandlern, bei denen die Kosten für die Schaufelherstellung nicht so stark ins Gewicht fallen, aus Stahlrohlingen mit Hilfe von Profilfräsmaschinen herzustellen.
Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung der Schaufelkränze von hydrodynamischen Drehmomentwandlern der eingangs umrissenen Art entscheidend zu verbilligen, u. zw. dadurch, dass in Anwendung moderner Feingussverfahren jede Nachbearbeitung der Gussstücke entfällt. Seitdem es gelingt, die Schaufelprofile so genau feinzugiessen, dass diese ohne Nachbearbeitung die gewünschten hydrodynamischen Wirkungsgrade liefern, sind es nur mehr für die das genaue Zusammensetzen der Einzelteile eines Schaufelkranzes erforderlichen Zentrier- und Passflächen, deren Bearbeitung den hohen Preis derartiger Schaufelräder bestimmen.
Die einstückige Herstellung der Schaufeln mit dem einen Seitenring des Schaufelkranzes erfordert Passflächen nur mehr für die Verbindung der Schaufeln mit dem andern Seitenring sowie für die Verbindung des Seitenringes mit einem andern Schaufelkranz oder der Welle. Am einfachsten wären Ringflächen und-schultern zur Zentrierung, die sich jedoch bei den grossen Schaufelkranzdurchmessern wegen der grossen Schrumpfung beim Auskühlen des Gusses nicht genau auf die gewünschte Passung, z. B. Gleitsitz, giessen lassen, und daher nur durch Nachbearbeitung hergestellt werden können.
Die Erfindung überwindet diese Schwierigkeit im wesentlichen dadurch, dass alle Passflächen wie an sich bekannt, im wesentlichen axial und radial verlaufen und wie ebenfalls bekannt um die Drehachse herum verteilt paarweise entgegengesetzt angeordnet und des weiteren an wenigstens einem der verbundenen Gussteile unbearbeitet sind. Die radialen Passflächen verlaufen nämlich in der radialen Schrumpfrichtung beim Auskühlen
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zwar bei Keilwellen und dort bekannt, wo im wesentlichen radiale Einzelschaufeln drehsicher festgehalten werden müssen, wie z. B. nach der deutschen Auslegeschrift 1228485 oder der USA-Patentschrift Nr. 2, 558, 976, neu ist aber die erfindungsgemässe Anwendung bei gegossenen Schaufelkränze zum Zwecke der Einsparung jeder Nachbearbeitung.
In der zweckmässigsten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die axial-radialen Passflächen in an sich bekannter Weise von parallelwandigen Aussparungen und Vorsprüngen gebildet sind, die mit radialem Spiel in die Aussparung eingreifen. Diese Massnahme erleichtert wesentlich die Herstellung und Messung der Modelle bzw. der Werkzeuge für die Herstellung der Feingussmodelle, und die Unempfindlichkeit gegen radiales Schrumpfen ist bei den zum Radius parallelen Paarflächen praktisch die gleiche wie bei genau radialen Passflächen.
Da die Wellen zumeist aus Stahl und die Laufkranzteile häufig aus Aluminium hergestellt werden, können sich Probleme durch die verschiedene Festigkeit dieser Werkstoffe ergeben. Die zweckmässigste Lösung besteht erfindungsgemäss darin, dass bei der Verbindung von Seitenring und Welle letztere die Vorsprünge nach Art einer Keilwelle und ersterer die Aussparungen aufweist, wobei vorzugsweise die Keilbreite auf annähernd gleiche Biegefestigkeit der Wellenkeile und der zwischen diese greifenden Nabenkeile des Seitenringes bemessen ist.
Damit die Sandform für den die Schaufeln aufweisenden Schaufelkranzteil möglichst robust und für automatisches Einformen geeignet wird, sieht die Erfindung weiter vor, dass bei der Verbindung von Seitenring und Schaufeln wie an sich bekannt die Vorsprünge an den Schaufeln und die Aussparungen im Seitenring
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vorgesehen sind, wobei die Schaufeln in Achsrichtung zu den Vorsprüngen hin verjüngt sind.
Diese Massnahme erscheint zwar zum Teil aus Fig. 8 der genannten USA-Patentschrift Nr. 2, 558, 976 bekannt, dient aber dort dem Zweck, möglichst lange Vorsprünge zur Drehsicherung der Schaufeln unterzubringen. Dieser Zweck entfällt beim Erfindungsgegenstand durch die einstückige Ausbildung der
Schaufeln mit dem einen Seitenring.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen von verschiedenen Teilverbindungen näher erläutert, wobei auch weitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung veranschaulicht werden. Es zeigen : Fig. l die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen
Drehmomentwandler nach der Erfindung, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 11-11 in Fig. l, Fig. 3 einen Schnitt durch den die beiden Turbinenschaufelkränze des Wandlers verbindenden Kernring nach Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Teilansicht des Kernringes nach Fig. 3 in Richtung der Pfeile IV-IV, Fig. 5 eine Schraubverbindung für ein Schaufelblatt der zweiten Turbinenstufe, Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Schaufelblatt der ersten
Turbinenstufe in grösserem Massstab und Fig.
7 ausschnittsweise einen Querschnitt durch eine Trägerscheibe der zweiten Turbinenstufe und die sie tragende Welle.
Der in Fig. l dargestellte hydrodynamische Drehmomentwandler ist ein sogenannter zweistufiger Wandler.
Ein rotierendes Wandlergehäuse--10--bildet sein Primärglied und trägt einen Kranz Pumpenschaufeln - -12--, die mit einem Kernring --14-- verbunden sind. Ein drehbar innerhalb des Gehäuses-10- angeordnetes Turbinenrad --16-- ist der Träger der Schaufeln --18-- einer zweiten Turbinenstufe, deren innere Enden einstückig mit einem Kernring --20-- ausgebildet sind. Letzterer trägt seinerseits die Schaufeln --22-- einer ersten Turbinenstufe.
Zwischen den beiden Turbinenstufen befindet sich ein Leitrad--24--mit einem daran angeordneten
Kranz von Leitschaufelblättern --26--, die an ihren inneren Enden durch einen Ring--28--miteinander verbunden sind. Die Schaufelkränze --12, 22, 26-befinden sich innerhalb des rotierenden Gehäuses-10- in einer toroidförmigen Arbeitskammer--30--, in welcher die Arbeitsflüssigkeit die Schaufelkränze in der vorerwähnten Reihenfolge durchströmt und deren innere Begrenzung von den Keringen--14, 20 und 28-und deren äussere Begrenzung von dem Gehäuse --10--, einem Seitenteil--16a--des Turbinenrades - -16--, einem Teil des Leitrades-24-und einem Aussenring --22a-- gebildet sind,
der den Schaufelkranz--22-der ersten Turbinenstufe trägt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Schaufelblätter quer zur Strömungsrichtung derart konisch ausgebildet, dass sich ihr Querschnitt bei gleicher Grundform quer zur Strömungsrichtung in der Grösse ändert.
Auf diese Weise ist es möglich, bei der Herstellung der Schaufelblätter für die Massenproduktion geeignete Giesstechniken anzuwenden. Eine solche Konstruktion der Schaufelblätter hat nicht nur die Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden Wirkungsgrades zur Folge, sondern verbessert darüberhinaus in unerwarteter Weise den Wirkungsgrad absolut. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft in der Lage zu sein, die Komponenten des Schaufelblattsystems ohne spanende Bearbeitung auch nur einer dieser Komponenten zusammenbauen zu können.
Die Mittel zur Zentrierung und Bestimmung der relativen Winkelstellung zwischen zwei miteinander verbundenen Teilen des Schaufelblattsystems gehen aus den Fig. 2 bis 7 hervor. Grundsätzlich sind die Schaufelblätter einstückig mit einer Scheibe oder einem Kernring ausgebildet, und ihre freien Enden sind durch einen andern Kernring oder eine andere Scheibe, an denen die Schaufelblätter entweder unlösbar oder lösbar befestigt sind, verbunden. Um die Konzentrizität und die richtigen Winkelstellungen zu gewährleisten, ist eines der Elemente, beispielsweise die Schaufelblätter mit Vorsprüngen von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt versehen, während das andere Element wie z. B. der Kernring oder die Scheibe mit entsprechenden rechteckigen Ausnehmungen versehen ist.
Die Vorsprünge und die Ausnehmungen befinden sich im Gleiteingriff in Umfangsrichtung, während in radialer Richtung ein verhältnismässig grosses Spiel vorhanden sein kann.
Beispielsweise sind die gemäss der Darstellung in Fig. 1 von dem Gehäuse --10-- getragenen
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--14-- ausgebildet. Inim wesentlichen rechteckigem Querschnitt versehen, die in entsprechende Ausnehmungen --27-- in den Kernring--28--eingreifen. Da der Leitschaufelkranz eine in sich feste Baugruppe ist, sind die Vorsprünge - -25--, wie in Fig. 1 dargestellt, vernietet, um den Kernring --28-- für immer in Stellung zu halten.
Da es jedoch erwünscht sein kann, den ersten und den zweiten Turbinenschaufelkranz--22 bzw. 18-zerlegbar zu gestalten, ist der Scheibenteil--22a--des Leitrades-22-in einem Stück mit den Schaufelblättern --22-- gegossen, an die Gusszapfen--22b--von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt angegossen sind (Fig. 2 und 4), die in entsprechend geformte Löcher Kernring--20--eingreifen.
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