DE102008058084A1

DE102008058084A1 - Schaufelrad, insbesondere Leitrad für einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler und Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrades

Info

Publication number: DE102008058084A1
Application number: DE102008058084A
Authority: DE
Inventors: Eugen Kombowski
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2009-06-25
Also published as: US8172536B2; US20090155077A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad, insbesondere Leitrad für einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, umfassend eine Vielzahl von Schaufeln mit jeweils einem Schaufelgrund- und einem Schaufelkopfbereich. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Schaufeln in zumindest dem Schaufelgrund- und/oder Schaufelkopfbereich Versteifungsmittel angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad, insbesondere ein Leitrad für einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler, umfassend eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgebildeten Schaufeln, wobei die einzelne Schaufel durch einen Schaufelgrund und einen Schaufelkopf charakterisiert ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schaufelrades, insbesondere Leitrades für einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler.
Schaufelräder in Form von Leiträdern für den Einsatz in hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlern sind in einer Vielzahl von Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt. Diese fungieren als Reaktionsglied und dienen der Beeinflussung des übertragbaren Drehmomentes bei gleichzeitiger Beeinflussung der Drehzahl. Derartige Schaufelräder werden auf unterschiedliche Art und Weise hergestellt. Diese können dabei aus mehreren miteinander drehfest verbunden Bauteilen ausgebildet werden. Die einzelnen Schaufeln können über einen Formschluss, Kraftschluss oder auch Stoffschluss in den diese führenden Außen- und Innenringen fixiert werden. Aus den Druckschriften WO 2007/110025 und WO 2007/110019 sind dabei Ausführungen vorbekannt, bei welchen Teile der Schaufelräder, umfassend einen Innenring und einen Außenring sowie dazwischen angeordnete in Umfangsrichtung ausgerichtete Schaufeln als einstückiges Bauteil ausgeführt sind. Dabei können diese Teilbereiche als Segmente ausgeführt sein oder aber vollständig als Schaufelkranzring. Die Druckschrift WO 2007/110025 offenbart ein Schaufel- beziehungsweise Leitrad für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, der eine Vielzahl von Schaufeln aufweist. Dabei weist das Leitrad mehrere, separat voneinander hergestellte und jeweils eine oder mehrere der Schaufeln des Leitrades aufweisende Bauteile auf, die fest miteinander verbunden sind, wobei diese Bauteile relativ so zueinander angeordnet sind, dass die Schaufeln verschiedener dieser Bauteile jeweils in der sich um eine zentrale Achse des Leitrades erstreckenden Umfangsrichtung unter Bildung von in dieser Umfangsrichtung gegebenen Zwischenräumen versetzt zueinander angeordnet sind. Dabei ist jede der Schaufeln zwischen ihrer jeweiligen Eintrittskante und ihrer jeweiligen Austrittskante aus einem einstückigen Teil ausgebildet, so dass jede der Schaufeln jeweils von genau einem der eine oder mehrere Schaufeln des Leitrades aufweisenden Bauteile insbesondere einstückig ausgebildet ist. Dabei können einzelnen Schaufeln verschiedenen derartigen Bauteilen zugeordnet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird ein Leitrad vorgeschlagen, dass mehrere separat voneinander hergestellte und jeweils eine oder mehrere der Schaufeln des Leitrades aufweisende Bauteile aufweist, die fest miteinander verbunden werden und einen Innenring und einen Außenring aufweisen, wobei der axiale Abstand zweier benachbarter Außenringe von dem axialen Abstand der diesen beiden Außenringen zugeordneten Innenringe zur Bildung einer, insbesondere die axiale Steifigkeit vergrößernden Spreizung voneinander abweicht.
Eine analoge Ausführung ist aus der WO 2007/110019 vorbekannt.
Die Beschaufelung von Schaufelrädern, insbesondere Leiträdern oder Statorschaufelrädern ist sehr hohen Axialkräften und Kräften in Umfangsrichtung ausgesetzt, welchen die Schaufelgeometrie und die Auslegung der Verbindungen zwischen den Schaufeln und den die Schaufeln führenden Elementen gerecht werden müssen, woraus sich hohe Anforderungen an die Fertigung ergeben. Auch bei einteiliger Ausführung ist in axialer und in Umlaufrichtung für hohe Momente nicht zwangsläufig eine ausreichende Steifigkeit gegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelrad, insbesondere Leitrad für den Einsatz in einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler oder ein Statorschaufelrad eines hydrodynamischen Retarders derart weiterzuentwickeln, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden, insbesondere dieses durch eine hohe Steifigkeit in axialer sowie auch in Umlaufrichtung charakterisiert ist, wobei die dazu erforderlichen Maßnahmen durch einen geringen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand charakterisiert sein sollen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 charakterisiert. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das Schaufelrad, insbesondere Leitrad für einen hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung ausgerichteten Schaufeln, die in radialer Richtung einen Schaufelgrund und einen Schaufelkopf beschreiben. Das Schaufelrad ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einer der Schaufeln im Bereich des Schaufelgrundes und/oder im Bereich des Schaufelkopfes Versteifungsmittel vorgesehen sind.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht damit mit einfachen Mitteln eine Erhöhung der Steifigkeit sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung an den besonders kritischen Stellen.
Unter Umlaufrichtung wird die Richtung in Umfangsrichtung um eine Achse, die der Mittenachse entspricht verstanden. Die axiale Richtung entspricht der Richtung parallel zur Mittenachse.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist das Leitrad aus zumindest einem zumindest einteilig oder mehrteilig aus Segmenten ausgebildeten Innenring, einem einteilig oder mehrteilig aus Segmenten ausgebildetem Außenring und den dazwischen angeordneten Schaufeln aufgebaut, wobei die Kopplung der Schaufeln mit dem jeweiligen innenringbildenden Bauteil beziehungsweise Innenringsegment und/oder dem außenringbildenden Bauteil beziehungsweise dem Außenringsegment derart erfolgt, dass die Schaufeln mit diesem einstückig ausgebildet sind. Dabei sind die Schaufeln aus einer Ebene, die durch den Innen- und den Außenring beschreibbar ist, herausgedreht beziehungsweise gegenüber dieser verkippt. Der Schaufelkopf und/oder Schaufelgrund wird dabei zumindest teilweise vom Verbindungsbereich gebildet.
Die erfindungsgemäß vorgesehenen Versteifungsmittel sind dann vorzugsweise im Verbindungsbereich vorgesehen. Die Versteifungsmittel umfassen vorzugsweise zumindest eine Sicke. Die konkrete Ausgestaltung der Sicke im Hinblick auf deren geometrische Form, den Querschnitt, Dimensionierung, insbesondere deren Länge, Breite, Tiefe und Erstreckung beziehungsweise Anordnungsrichtung ist dabei eine Funktion der auftretenden Belastungen, insbesondere der auftretenden Kräfte in Umfangsrichtung und in axialer Richtung.
Gemäß einer ersten besonders vorteilhaften Ausführungsform erstrecken sich die Sicken nicht nur innerhalb des Verbindungsbereiches, sondern auch je nach Anordnung am Außen- und/oder Innenring, das heißt vom Schaufelkopf- oder Schaufelgrundbereich in den jeweiligen Innenring beziehungsweise Außenring hinein. Ferner ist es denkbar gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, die Sicke sich auch bis in den Bereich der Schaufelfläche hinein erstrecken zu lassen. Allerdings erfolgt die Erstreckung in den Bereich der theoretisch wirksamen Schaufelfläche nur insoweit, dass keine Beeinträchtigung der Strömung erfolgt.
Die Sicken sind vorzugsweise derart eingearbeitet, dass die Vertiefungen an der Schaufelrückseite und die Vorsprünge an der Schaufelvorderseite ausgebildet sind. Die Verstärkungsbereiche sind somit im Wesentlichen im Bereich der größeren Belastung, nämlich der Anströmseite, vorgesehen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist jede der Schaufeln als Blechformteil ausgeführt, so dass sich hier bezüglich der Herstellung des Leitrades und der Herausarbeitung der Sicken keine Probleme ergeben.
Bezüglich der konkreten Ausführung der geometrischen Form der Schaufeln besteht eine Vielzahl von Möglichkeiten. Vorzugsweise ist diese im Wesentlichen durch eine konstante Dicke charakterisiert, wobei die Schaufeln vorzugsweise eine polygonale, insbesondere rechteckige Form aufweisen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist eine Sicke vorgesehen, denkbar sind jedoch auch im Hinblick auf größere Schaufelbreiten mehrere parallel nebeneinander angeordnete Sicken. Die Erstreckung der einzelnen Sicke erfolgt dabei im Wesentlichen in Schaufelrichtung, das heißt im Endzustand des Leitrades mit aus der Ringebene gekippten Schaufelflächen in dieser.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schaufelrades, insbesondere Leitrad oder Statorschaufelrad ist dadurch charakterisiert, dass in einem ersten Verfahrensschritt ein Blechelement, insbesondere eine Blechplatine zur Verfügung gestellt wird. Aus dieser wird eine Grundkontur der Schaufeln und vorzugsweise zumindest eines oder aber beide den Innen- und/oder Außenring bildenden Elemente erzeugt. Dies erfolgt in einem Bearbeitungsschritt des Bleches beziehungsweise der Blechplatine durch Trennen an derselben. Das Blech oder die Blechplatine wird dann vor oder während des Trennvorganges oder nach dem Trennvorgang bereits mit der Sicke in der entsprechenden Schaufel versehen. Im Anschluss daran wird das eine Ebene aufspannende Blech beziehungsweise die Blechplatine durch Umformung zur Bildung eines wenigstens eine, bevorzugt mehrere Schaufeln aufweisenden Bauteiles des Leitrades umgeformt, insbesondere die Schaufel bildenden Bereiche aus der Ringebene herausgekippt beziehungsweise verdreht.
Erfindungsgemäß findet somit die Einarbeitung der Versteifungsmittel bereits vor dem eigentlichen Umformvorgang statt, so dass dies bei der Ausbildung der Sicke mit berücksichtigt werden muss, da diese dann in die jeweilige Richtung mit der Schaufeldrehung mit gedreht wird und dabei noch einmal eine Verformung erfahren kann.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Schaufelrad ist besonders als Leitrad mit einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler einsetzbar. Weitere besonders vorteilhafte Aus führungen bestehen in der Ausbildung eines Statorelementes, beispielsweise in einer hydrodynamischen Bremse.
Die erfindungsgemäße Lösung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:
1a und 1b verdeutlichen eine Ausbildung eines Schaufelrades mit erfindungsgemäßen Versteifungsmitteln anhand zweier Ansichten;
2 verdeutlicht eine Ausbildung des Schaufelrades aus mehreren in Umfangsrichtung angeordneten Segmenten;
3a verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Schaufelrad eine erfindungsgemäß ausgeführte Schaufel mit zumindest im Schaufelgrund angeordneten Versteifungsmitteln in einer Ansicht auf die Schaufelvorderseite;
3b verdeutlicht anhand eines Ausschnittes aus einem Schaufelrad eine erfindungsgemäß ausgeführte Schaufel mit zumindest im Schaufelgrund angeordneten Versteifungsmitteln in einer Ansicht auf die Schaufelrückseite;
4 verdeutlicht anhand eines Flussdiagrammes den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5 verdeutlicht die bearbeitete Blechplatine mit eingearbeiteten Sicken im Bereich des Schaufelgrundes nach dem Trennvorgang und vor dem Umformen,
6 verdeutlicht beispielhaft eine Anwendung eines erfindungsgemäß ausgeführten Schaufelrades in einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler anhand eines Ausschnittes aus einem Axialschnitt durch diesen.
Die 1a und 1b verdeutlichen in schematisiert vereinfachter Darstellung beispielhaft den Aufbau eines erfindungsgemäß ausgeführten Schaufelrades 1, welches insbesondere in Form eines Leitrades 2 in hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlern zum Einsatz gelangt. Das Leitrad 2 hat dabei die Funktion eines Reaktionsgliedes. Dessen Auslegung und Ausführung ist maßgeblich für die mögliche Drehzahl-/Drehmomentwandlung in derartigen Drehzahl-/Drehmomentwandlern. Die 1a verdeutlicht dabei eine Ansicht von rechts in der Einbaulage in einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler betrachtet, während die 1b einen Ausschnitt aus einer Perspektivansicht wiedergibt.
Die zur Erläuterung verwendeten Begriffe „axial", „radial" und „in Umfangsrichtung" beziehen sich dabei auf die theoretische Mittenachse M, die in der Regel mit der Rotationsachse R des hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers zusammenfällt, in welchem das Leitrad zum Einsatz gelangt. Der Begriff „axial" bezieht sich dabei ferner auf eine zur Mittenachse M parallele Ausrichtung, das Adjektiv „radial" auf einen Radius bezogen auf die Mittenachse und die Umfangsrichtung entspricht der Umfangsrichtung um die Mittenachse M des Leitrades 2. Die einzelnen Schaufeln 3 sind dabei in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet unter Ausbildung von Zwischenräumen 4, wobei die einzelnen Schaufeln jeweils durch eine Vorderseite 3.1 und eine Rückseite 3.2 charakterisiert sind. Unter Vorderseite 3.1 wird dabei die Anströmseite verstanden, das heißt, auf die die Strömung in Strömungsrichtung betrachtet auftrifft und in entsprechender Weise zur Wandlung von Drehzahl und Drehmoment eine Umlenkung oder Beeinflussung beziehungsweise eine Änderung des Strömungsverlaufes erfährt. Die Schaufelrückseite 3.2 entspricht der in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Seite der einzelnen Schaufel, insbesondere der zur Vorderseite 3.1 entgegengesetzt ausgerichteten Seite. Die einzelne Schaufel 3 kann dabei über ihre Breite b, welche über die Erstreckung in axialer Richtung beziehungsweise den Schaufelverlauf, d. h. senkrecht zur Schaufellänge l gemessen wird, mit gleicher Dicke d oder unterschiedlicher Dicke ausgebildet sein. Dies gilt auch für die Ausbildung über die Schaufellänge l, d. h. in Einbaulage der Erstreckung in radialer Richtung. Die Dicke d entspricht dabei der Schaufelstärke in Umfangsrichtung des Schaufelrades 1 betrachtet. Die einzelne Schaufel 3 ist durch eine Erstreckung I in radialer Richtung charakterisiert, wobei diese in Anbindung an die schaufeltragenden Bauteile 5 und 6 durch einen Schaufelgrund 7 und einen Schaufelkopf 8 charakterisiert ist. Der Schaufelgrund 7 wird dabei durch einen Bereich beschrieben, der im Bereich des inneren Durchmessers d₇ der einzelnen Schaufel 3 im Einbauzustand liegt und in welchem die Anbindung an ein inneres Bauteil 5 erfolgt. Der Schaufelkopf 8 beschreibt dabei den Bereich, welcher durch den radial äußeren Durchmesser d₈ der einzelnen Schaufel 3 charakterisiert ist und quasi im Anbindungsbereich an das radial äußere Bauteil 6 angeordnet ist. Je nach Ausführung können die einzelnen Schaufeln 3 mit dem radial inneren und/oder radial äußeren Bauteil 5, 6 entweder als bauliche Einheit, das heißt einstückig ausgeführt sein, wie dies gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der Fall ist oder aber in diese Bauteile in entsprechender Weise eingesetzt werden und drehfest mit diesen verbunden werden. Die Bauteile 5 und 6 sind dabei als ringförmige Segmente, vorzugsweise als ringförmige Elemente ausgeführt. Diese beschreiben den absoluten Innendurchmesser d_I und den Außendurchmesser d_A des Schaufelrades 1, insbesondere des Leitrades 2, die vom Durchmesser d₇ beziehungsweise d₈ um den Betrag der Erstreckung dieser Bauteile in radialer Richtung abweichen.
Die Bauteile 5, 6 können ringförmig oder aber, wie in der 1b dargestellt, ringsegmentförmig ausgeführt werden, wobei die einzelnen Ringsegmente 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 zu einem ringförmigen Bauteil zusammenfügbar sind. Die einzelnen Bauteile 5 beziehungsweise 6 bilden dabei zumindest ein Segment des Innenringes 9 oder aber den gesamten Innenring 9 und ein Segment eines Außenringes 10 oder aber einen gesamten Außenring 10. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung bildet die einzelne Schaufel 3 zumindest mit einem der Bauteile 5, 6, insbesondere dem Innenring 9 oder dem Außenring 10 oder gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung beiden Bauteilen 5 und 6, hier dem Innenring 9 und dem Außenring 10, eine bauliche Einheit, das heißt, dass die Schaufel 3 mit diesen einstückig ausgeführt ist.
Erfindungsgemäß sind zur Erhöhung der Steifigkeit in axialer und in Umlaufrichtung der Schaufel 3 diese im Bereich des Schaufelgrundes 7 und/oder Schaufelkopfes 8 mit Sicken ausgestattet. Die Sicken sind hier mit 11 bezeichnet und beispielhaft sowohl im Schaufelgrund 7 in Form der Sicken 11.1 und im Bereich des Schaufelkopfes 8 in Form der Sicken 11.2 bezeichnet. Bei diesen handelt es sich um maschinell erzeugte rinnenförmige Vertiefungen, die zur Erhöhung der Steifigkeit dienen. Die Sicken 11.1, 11.2 sind belastungsgerecht gestaltet, insbesondere in axialer Richtung sowie in Umfangsrichtung.
Die Sicken 11.1, 11.2 werden dabei auf der Schaufelrückseite 3.2 eingebracht und erzeugen an der Vorderseite 3.1 einen Vorsprung. Die Form und deren Verlauf richten sich dabei im Wesentlichen nach der Schaufelform. Die einzelnen Schaufeln 3 sind nicht zwangsläufig durch eine parallele Lage zur Senkrechten zur Rotationsachse R charakterisiert, sondern die Schaufelgeometrie beschreibt in der Regel gekrümmte Schaufelflächen, die sich hinsichtlich ihrer konkreten Ausbildung zwischen unterschiedlichen Leiträdern auch unterscheiden können, um an entsprechende Ausführungen und Anforderungen angepasst zu sein. In Abhängigkeit der Schaufelgeometrie folgt dabei der Verlauf der Sicken 11.1, 11.2 im Wesentlichen dem Verlauf der Schaufelfläche an der Vorder- beziehungsweise Rückseite 3.1, 3.2 in radialer Richtung, so dass sich die einzelnen Sicken 11.1 beziehungsweise 11.2 jeweils in den Verbindungsbereichen 12.1, 12.2 der Schaufeln 3 mit dem Innenring 9 und dem Außenring 10 erstrecken. Die Anordnung der Sicken 11.1, 11.2 erfolgt dabei im Verbindungsbereich oder aber kann sich auch teilweise noch in den Innenring 9 beziehungsweise den Außenring 10 und/oder die Schaufel 3, insbesondere deren wirksame Schaufelfläche erstrecken.
Die 1a und 1b verdeutlichen eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, bei welcher der Innenring 9 und der Außenring 10 mit den Schaufeln 3 einstückig ausgebildet sind. Da die Schaufeln 3 des Leitrades 2 gegenüber der Ebene des Innen- und Außenringes 9, 10 geneigt ausgebildet sind, wird dies bei einstückiger Ausführung durch die Ausgestaltung der Verbindungsbereiche 12.1 und 12.2 im Bereich des Schaufelgrundes 7 und des Schaufelkopfes 8 mit dem Innenring 9 und dem Außenring 10 als Freiformbereich ausgeführt. Diese Freiformbereiche erlauben ein Umformen und damit Verbringen der Schaufel 3 aus der Lage in einer Ebene mit dem Innenring 9 und dem Außenring 10 in eine dazu geneigte Lage gegenüber dieser Ebene.
Die 1a und 1b verdeutlichen eine besonders vorteilhafte Ausführung mit einteiliger Ausführung von Schaufel 3, Innenring 9 und Außenring 10. Bei diesen besteht das Schaufelrad aus zumindest zwei derartig einstückigen Bauelementen, wobei diese in axialer Richtung in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet werden und somit die an den einzelnen Bauelementen ausgebildeten Schaufeln quasi jeweils ineinander greifen unter Ausbildung des Schaufelkranzes in Umfangsrichtung. Ferner kann das einzelne Schaufelrad 1 auch in Umfangsrichtung aus mehreren einzelnen Teilsegmenten 1.1 bis 1.n bestehen, wobei jedes der Teilsegmente zumindest eine Schaufel enthält.
Eine derartige Ausführung ist beispielhaft in der 2 dargestellt. Hier ist das Schaufelrad 1 in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl einzelner Segmente 1.1 bis 1.4 unterteilt.
Die Ausbildung der einzelnen Sicke 11, insbesondere der Sicken 11.1 und 11.2, erfolgt belastungsabhängig und in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Schaufelgeometrie. Die Sicke 11.1 beziehungsweise 11.2 erstreckt sich dabei gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung zumindest innerhalb der als Freiformbereiche ausgebildeten Verbindungsbereiche 12.1 und 12.2 der Schaufel 3 und am Innenring/Außenring 9, 10. Ferner ist es denkbar, gemäß der 3a und 3b die Sicke 11.1 beziehungsweise 11.2 derart auszugestalten, dass diese sich in radialer Richtung bis in den Schaufelbereich und damit die wirksame Schaufelfläche 13 erstreckt, ferner in den Bereich des Innenringes 9 beziehungsweise in den Bereich des Außenringes 10. Die 3a und 3b verdeutlichen anhand zweier Ansichten der Vorder- und Rückseite 3.1 und 3.2 einer Schaufel 3 die Lage und Ausbildung einer Sicke 11.1 im umgeformten Zustand anhand eines Ausschnittes aus einem Leitrad 2. Auch hier sind die Verbin dungsbereiche 12.1 und 12.2 erkennbar. Die Querschnittsgeometrie, insbesondere die Sickentiefe, die über die Schaufeldicke d gemessen wird, die Länge l₁₁, die in radialer Richtung ermittelt wird, und die Breite b₁₁, die in Breitenrichtung b der Schaufel 3 ermittelt wird, ist dabei eine Funktion der erforderlichen zu erzielenden Festigkeit und Steifigkeit in dem jeweiligen Bereich der auftretenden Belastungen. Diese kann sich, wie bereits ausgeführt, auch in die Bereiche des Innen- und Außenringes 9, 10 der Schaufel 3 erstrecken, wobei hier jedoch immer nur eine Erstreckung insoweit erwünscht ist, dass die Strömung nicht beeinflusst wird.
Die 4 verdeutlicht in schematisiert vereinfachter Darstellung anhand eines Signalflussbildes ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Schaufelrades 1. Dabei wird in einem ersten Schritt 14 wenigstens ein Blech beziehungsweise eine Blechplatine bereitgestellt. In einem weiteren folgenden Schritt 16 wird dieses Blech beziehungsweise die Blechplatine durch Trennen wie beispielsweise Schneiden, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Sägen oder dergleichen bearbeitet und die Grundkontur vor der Formgebung des Leitrades 2 beziehungsweise des entsprechenden Leitradsegmentes herausgetrennt. Dabei kann beispielsweise das Blech beziehungsweise die Blechplatine zu einem runden Blech geformt werden, wobei Abschnitte erzeugt werden, die Schaufeln 3 bilden werden beziehungsweise Schaufeln 3 im fertig gestellten Leitrad bilden. Hier können insbesondere Umfangskonturen beziehungsweise Abschnitte der Umfangskonturen der einzelnen Schaufeln 3 durch Trennen erzeugt werden. Ferner kann gemäß der Ausführung in 1 für diese vorgesehen werden, dass das herzustellende Leitrad 2 einen Innenring 9 und einen Außenring 10 aufweist und das im Rahmen des Trennens in diesem Schritt 16 ein Abschnitt erzeugt wird, der den Außenring 10 bilden soll und/oder ein Abschnitt erzeugt wird, der später den Innenring 9 bilden soll und/oder Abschnitte erzeugt werden, die hinterher die Schaufeln 3 bilden. Dabei kann vorgesehen werden, dass, wie zur Erzeugung eines Leitrades gemäß 1 erforderlich, das Trennen derart erfolgt, dass nach dem Trennen die Schaufeln 3 beziehungsweise die Abschnitte, die die Schaufeln bilden sollen, einstückig mit dem Abschnitt, der später den Innenring 9 bilden soll und/oder den Abschnitt der später den Außenring 10 bilden soll, verbunden bleibt. Dies bedeutet, dass die Grundkontur von Innenring 9, Außenring 10 und Schaufel 3 bereits im Schritt 16 durch einen Trennvorgang erzeugt wird. Dabei können die Trennvorgänge einzeln aufeinander abgestimmt werden. Im Einzelnen können für ein Leitradsegment die Trennvorgänge gleichzeitig vorgenommen werden oder aber nacheinander. Das im Schritt 16 durch Trennen hergestellte Halbzeug 18, welches das Grundbauteil für ein Leitradsegment oder das gesamte Leitrad bildet, ist im Wesentlichen durch eine Ebene beschreibbar. Zur Ausrichtung der Schaufeln 3 wird in einem anschließenden Verfahrensschritt 17, der durch das Umformen zur Bildung eines wenigstens eine Schaufel aufweisenden Bauteiles des Leitrades diese bearbei tet. Das Umformen kann dabei durch Biegen oder Tiefziehen erfolgen. Dabei ist während des Umformvorganges vorgesehen, dass eine oder mehrere Schaufeln 3 des herzustellenden Leitrades derart verlagert beziehungsweise verdreht werden, dass diese gegenüber der Ebene des Bleches beziehungsweise der Ebene der Blechplatine verlagert werden, insbesondere geneigt zu dieser beziehungsweise aus dieser heraus verdreht werden. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Blech beziehungsweise die Blechplatine zumindest vor dem Umformen eine Ebene aufspannt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Mittenachse des fertiggestellten Bauteils beziehungsweise des fertiggestellten Leitrades 2 ist. Um die einzelnen Schaufeln 3 gegen beziehungsweise aus der Ebene heraus zu verlagern, sind im Bereich des Überganges zwischen den den späteren Innenring 9 beziehungsweise Außenring 10 bildenden Teilbereichen der Blechplatine und den die Schaufeln 3 bildenden Bereichen sogenannte Freiformbereiche vorgesehen, die später den Verbindungsbereich 12.1 bis 12.2 beschreiben. In diesem Freiformbereich erfolgt die Verlagerung durch entsprechende Verformung. Erfindungsgemäß sind in diesem Freiformbereich beziehungsweise zumindest in diesem Freiformbereich im Bereich des Schaufelgrundes 7 und im Bereich des Schaufelkopfes 8 oder zumindest nur in einem von beiden Sicken 11 vorgesehen. Diese können entweder in einem anschließenden Verfahrensschritt eingearbeitet werden oder aber gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung vor dem Umformen, d. h. entweder in einem dem Schritt 14 nachgelagerten Verfahrensschritt 15 vor dem eigentlichen Trennvorgang 16 oder einem dem Trennvorgang 16 nachgelagerten, jedoch dem Umformvorgang 17 vorgelagerten Schritt 15, wie mittels unterbrochener Linie verdeutlicht. Das heißt, die Sicken 11 werden bereits in die zur Herstellung der Grundkontur bestimmte Blechplatine in die eigentlich dem Umformvorgang zugrunde liegenden Grundkontur eingearbeitet. Dieser Verfahrensschritt 15 bietet den Vorteil, dass zum einen die Herstellung des Schaufelrades 1 im Wesentlichen nicht beeinträchtigt wird und hier auch keine im Hinblick auf das Umformverfahren negativen Auswirkungen bestehen und ferner ein Verziehen aufgrund der Einarbeitung der Sicke 11 nicht gegeben ist, sondern diese quasi spannungsarm im Zustand nach der Umformung vorliegen. Die Einarbeitung der Sicke 11 wird dabei im Wesentlichen entweder ein Verfahren vor dem eigentlichen Trennverfahren oder aber eine Einarbeitung nach dem Trennverfahren in die Platine in Frage. In beiden Fällen liegt die Sicke bereits vor der erforderlichen Umformung der Platine vor und diese werden in den Freiformbereichen um die Schaufelachse verdreht. Die Sicke 11 verdreht sich dabei ebenfalls und versteift die Freiformbereiche in Umformrichtung nur geringfügig, weshalb keinerlei Auswirkungen auf den Herstellungsprozess zu beobachten sind. Nach dem erforderlichen Umformvorgang versteift die Sicke 11 jedoch die Freiformbereiche in axialer und in Umfangsrichtung des Leitrades 2. Die einzelnen Verfahrensschritte gelten für die Ausgestaltungen der Sicken 11.1, 11.2. Die Sicke 11 wird, wie bereits ausgeführt, entweder bereits beim Trennvorgang parallel mit eingearbeitet beziehungsweise liegt nach diesem vor.
Die 5 verdeutlicht dabei anhand eines Ausschnittes ein Halbzeug 18 in Form eines Blechplatinensegmentes im Grundzustand, wie dieses vor dem Umformvorgang 17 vorliegt. Erkennbar sind hier die Sicken 11.1 im Schaufelgrund 7, ferner die einteilige Ausführung zwischen dem späteren den Innenring bildenden Bauteil 9 und dem Außenring 10 und der Schaufel 3 und die Kopplung dieser über die Verbindungsbereiche 12.1 und 12.2. Die Sicken 11.1, 11.2 erstrecken sich dabei hier im Wesentlichen in radialer Richtung beziehungsweise in Schaufelrichtung in radialer Richtung zumindest in dem jeweiligen Verbindungsbereich, hier für den Fußbereich dargestellt, beispielhaft auch geringfügig über diesen in den Bereich des Innen- beziehungsweise Außenringes und der Schaufel hinaus.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf die in den Figuren dargestellte Ausführung beschränkt. Diese ist ferner nicht auf die Ausbildung als Leitrad 2 beschränkt. Diese kann ferner für Statoren oder Turbinenräder eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Schaufelrad 1 findet bevorzugt als Leitrad 2 in einem hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandler 21, wie in de 6 anhand eines Ausschnittes eines Axialschnittes dargestellt, Verwendung. Dieser umfasst neben dem Leitrad 2 des Weiteren ein als Pumpenrad 19 fungierendes Primärrad und ein als Turbinenrad 20 fungierendes Sekundärrad
Der hydrodynamische Drehzahl-/Drehmomentwandler 21 kann auch durch eine Mehrzahl von Leiträdern ausgebildet werden, die im Wesentlichen ebenfalls in erfindungsgemäßer Weise ausgeführt sein können.
Die erfindungsgemäße Anordnung der Sicken 11 ist dabei unabhängig von der konkreten Leitradgestaltung. Die Sickengeometrie und deren Dimensionierung sowie Ausrichtung und Anordnung richtet sich dabei nach den zu erwartenden Beanspruchungen und den erforderlichen zu realisierenden Versteifungeffekten.
Die erfindungsgemäße Lösung ist nicht auf eine konkrete Ausführung des Leitrades 2 beschränkt. In vorteilhafter Weise ist diese jedoch für Leiträder einsetzbar, bei welchen die Schaufeln mit dem Innen- und/oder Außenring eine bauliche Einheit bilden.
Das Leitrad 2 selbst kann dabei, wie in 2 dargestellt, aus einer Mehrzahl von Segmenten in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung zusammengesetzt werden.

1: Schaufelrad
2: Leitrad
3: Schaufel
3.1: Vorderseite
3.2: Rückseite
4: Zwischenraum
5: Bauteil
6: Bauteil
7: Schaufelgrund
8: Schaufelkopf
9: Innenring
10: Außenring
11: Sicke
11.1, 11.2: Sicke
12.1, 12.2: Verbindungsbereich
13: wirksame Schaufelfläche
14: Verfahrensschritt
15: Verfahrensschritt
16: Verfahrensschritt
17: Verfahrensschritt
18: Blechplatine
19: Pumpenrad
20: Turbinenrad
21: Drehzahl-/Drehmomentwandler
b₁₁: Breite der Sicke
b: Breite der Schaufel
d: Dicke der Schaufel
l₃: Länge der Schaufel, Erstreckung in radialer Richtung
d₇: Durchmesser Schaufelgrund
d₈: Durchmesser Schaufelkopf
d_I: Innendurchmesser
d_A: Außendurchmesser
M: Mittenachse
R: Rotationsachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/110025 [0002, 0002]
- WO 2007/110019 [0002, 0003]

Claims

Schaufelrad (1), umfassend eine Vielzahl von Schaufeln (3), wobei die einzelne Schaufel (3) durch einen Schaufelgrund (7) und einen Schaufelkopf (8) charakterisierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Schaufeln (3) im Bereich des Schaufelgrundes (7) und/oder Schaufelkopfes (8) Versteifungsmittel vorgesehen sind.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zumindest ein einen Innenring (9) bildendes Innenringsegment und ein einen Außenring (10) bildendes Außenringsegment umfasst, zwischen denen zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Schaufeln (3) angeordnet sind und die einzelne Schaufel (1) mit zumindest einem der Ringsegmente – Innenringsegment und/oder Außenringsegment – einstückig ausgeführt ist, wobei der Schaufelgrund (7) und/oder der Schaufelkopf (9) zumindest teilweise von einem Verbindungsbereich (12.1, 12.2) zwischen der Schaufel (3) und dem jeweiligen Ringsegment gebildet werden und die Mittel zur Versteifung in einem Verbindungsbereich (12.1, 12.2) zwischen der einzelnen Schaufel (3) und dem Ringsegment angeordnet sind.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsmittel zumindest eine Sicke (11, 11.1, 11.2) umfassen.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (11, 11.1, 11.2) lediglich im Verbindungsbereich angeordnet sind.
Schaufelrad (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Sicke (11, 11.1, 11.2) sich bis in die Schaufelfläche (13) erstreckt.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelne Sicke (11, 11.1, 11.2) sich bis in das jeweilige Innen- oder Außenringsegment erstreckt.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicke (11, 11.1, 11.2) durch eine Länge (l₁₁) charakterisiert ist, die sich im Wesentlichen in Erstreckungsrichtung der Schaufelflächen im Endzustand erstreckt, ferner eine Breite (b₁₁) in Breitenrichtung der einzelnen Schaufel und eine Tiefe, die über die Höhe der Erhebung an der Schaufelvorderseite (3.1) ermittelbar ist.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Form und/oder Dimensionierung der Sicke (11, 11.1, 11.2) als Funktion der an der Schaufel (3) wirkenden Axialkräfte und an der Schaufel (3) wirkenden Umfangskräfte bestimmt ist.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Leitrad (2) eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers (21) ausgebildet ist.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als Stator einer hydrodynamischen Bremse einsetzbar ist.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses mehrere separat voneinander hergestellte und jeweils eine oder mehrere Schaufeln (3) aufweisende Bauteile (5, 6) aufweist, die drehfest miteinander verbunden sind, wobei diese Bauteile relativ so zueinander angeordnet sind, dass die Schaufeln (3) verschiedener dieser Bauteile jeweils in der sich um eine zentrale Achse des Leitrades erstreckenden Umfangsrichtung unter Bildung von in dieser Umfangsrichtung gegebenen Zwischenräumen versetzt zueinander angeordnet sind und jede der Schaufeln (3) zwischen ihrer jeweiligen Eintrittskante und ihrer jeweiligen Austrittskante aus einem einstückigen Teil ausgebildet ist.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieses in Umfangsrichtung aus einer Vielzahl von Schaufelringsegmenten (1.1, 1.2, 1.3, 1.3) besteht.
Schaufelrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der einzelnen Schaufeln (3) Versteifungsmittel zugeordnet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Schaufelrades (1), insbesondere eines Leitrades (2) eines hydrodynamischen Drehzahl-/Drehmomentwandlers (21) oder Stators einer hydrodynamischen Bremse mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen (14) wenigstens eines Bleches beziehungsweise einer Blechplatine – Bearbeiten des Bleches beziehungsweise der Blechplatine durch Trennen (16) unter Ausbildung eines Halbzeuges (18) – Bearbeiten des eine Ebene aufspannenden Halbzeuges (18) beziehungsweise der eine Ebene aufspannenden Blechplatine durch Umformung (17) zur Bildung eines wenigstens eine Schaufel (3) aufweisenden Bauteils (5, 6) des Schaufelrades (1), wobei im Rahmen des Umformens (17) eine oder mehrere Schaufeln (3) derart verlagert beziehungsweise gebogen werden, dass diese gegenüber der Ebene des Bleches beziehungsweise der Ebene der Blechplatine verlagert werden, dadurch gekennzeichnet, dass vordem Umformen (17) Sicken (11, 11.1, 11.2) in das Blech eingearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (11, 11.1, 11.2) vor dem Trennen (16) in das Blech oder die Blechplatine eingearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicken (11, 11.1, 11.2) nach dem Trennen (16) in das Halbzeug (18) eingearbeitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welchem das Schaufelrad (1) in Umfangsrichtung zumindest ein einen Innenring (9) bildendes Innenringsegment und ein einen Außenring (10) bildendes Außenringsegment umfasst, zwischen denen zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Schaufeln (3) angeordnet sind und die einzelne Schaufel (1) mit zumindest einem der Ringsegmente – Innenringsegment und/oder Außenringsegment – einstückig ausgeführt ist, wobei der Schaufelgrund (7) und/oder der Schaufelkopf (9) zumindest teilweise von einem Verbindungsbereich (12.1, 12.2) zwischen der Schaufel (3) und dem jeweiligen Ringsegment gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente miteinander lösbar verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, bei welchem das Schaufelrad (1) in Umfangsrichtung zumindest ein einen Innenring (9) bildendes Innenringsegment und ein einen Außenring (10) bildendes Außenringsegment umfasst, zwischen denen zumindest eine, vorzugsweise eine Mehrzahl von Schaufeln (3) angeordnet sind und die einzelne Schaufel (1) mit zumindest einem der Ringsegmente – Innenringsegment und/oder Außenringsegment – einstückig ausgeführt ist, wobei der Schaufelgrund (7) und/oder der Schaufelkopf (9) zumindest teilweise von einem Verbindungsbereich (12.1, 12.2) zwischen der Schaufel (3) und dem jeweiligen Ringsegment gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Segmente miteinander unlösbar verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelrad (1) in Umfangsrichtung in eine Mehrzahl von Segmenten (1.1, 1.2, 1.3, 1.4) unterteilt ist, die lösbar miteinander verbunden werden.