DE102010048825A1

DE102010048825A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Info

Publication number: DE102010048825A1
Application number: DE102010048825A
Authority: DE
Inventors: Christine Dr.-Ing. Büdenbender; Toros Dr. Güllük
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-10-29
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-05-05
Also published as: US20110116913A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem jeweils Schaufeln aufweisenden Pumpenrad und Turbinenrad und einem torusförmigen Strömungskreislauf, wobei die Schaufeln durch Innenwandungen an dem jeweiligen Rad befestigbar sind und die Innenwandungen des Turbinenrads und des Pumpenrads einen Innentorus bilden und das Ende einer Verlängerung der Innenwandung wenigstens eines Rades und das Ende der Nachbarwandung des benachbarten Rades in einer Ebene liegen oder einander übergreifen und einen Spalt zwischen sich einschließen, wobei der Übergang von der Verlängerung zu der angrenzenden Nachbarwandung strömungswirksam eben ausgestaltet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige hydrodynamische Drehmomentwandler sind allgemein bekannt. Diese weisen einen durch ein Pumpenrad, ein Turbinenrad sowie gegebenenfalls ein Leitrad gebildeten torusförmigen Strömungskreislauf mit darin befindlichem Fluid auf. An jedem der Räder des Pumpenrads und Turbinenrads sind Schaufeln angeordnet, die durch geeignete Wandungen an dem jeweiligen Rad befestigt sind und an diesem gehalten werden. Diese Wandungen weisen wiederum jeweils Innenwandungen auf, wobei die Innenwandung des Pumpenrads zusammen mit der Innenwandung des Turbinenrads und gegebenenfalls mit der Innenwandung des Leitrads einen Innentorus bilden, außerhalb dessen die Schaufeln der Räder mit der Strömung des Fluids im Strömungskreislauf interagieren können. Die Räder sind entlang des torusförmigen Strömungskreislaufs einander bis auf einen Schlitz angenähert. Durch diesen Schlitz kann jedoch das im Strömungskreislauf fließende Fluid in den Innenbereich des Innentorus gelangen.
DE 198 03 173 B4 zeigt zur Vermeidung dieser Verlustströmung vom torusförmigen Strömungskreislauf in den Innenbereich des Innentorus die Ausbildung einer Verlängerung der Innenwandung eines Rades. Das Ende der Verlängerung der Innenwandung eines Rades übergreift dabei das Ende der Nachbarwandung des benachbarten Rades mit einem radial zwischen den Enden gebildeten Spalt. Dadurch wird eine Abschirmung des Strömungskreislaufs gegen den Innenbereich des Innentorus erreicht und die Verlustströmung verringert. Allerdings sind die dem Strömungskreislauf zugewandten, jeweiligen Außenflächen der Verlängerung und der Nachbarwandung radial zueinander versetzt, womit das im torusförmigen Strömungskreislauf strömende Fluid gestört wird und der Wirkungsgrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers sinkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Entsprechend wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem jeweils Schaufeln aufweisenden Pumpenrad und Turbinenrad und einem torusförmigen Strömungskreislauf vorgeschlagen, wobei die Schaufeln durch Innenwandungen an dem jeweiligen Rad befestigbar sind und die Innenwandungen des Turbinenrads und des Pumpenrads einen Innentorus mit dem Strömungskreislauf zugewandten Außenflächen bilden. Das Ende einer Verlängerung der Innenwandung wenigstens eines Rades und das Ende der Nachbarwandung des benachbarten Rades liegen in einer Ebene oder übergreifen einander, beispielsweise in Form einer Überlappung. Die Enden schließen einen Spalt zwischen sich ein und der Übergang von der Verlängerung zu der angrenzenden Nachbarwandung ist strömungswirksam eben ausgestaltet. Beispielsweise ist ein angenommener Stromfaden der Strömung im Strömungskreislauf im Bereich des Übergangs und speziell über dem Spalt im Wesentlichen gerade oder nur gering gebeugt. Dadurch kann eine Verwirbelung der Strömung im Strömungskreislauf im Bereich des Übergangs verringert werden, was eine Verringerung des Strömungswiderstands im Strömungskreislauf zur Folge haben kann und wodurch sich der Wirkungsgrad des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbessert.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform liegen die Außenflächen der Verlängerung und der Nachbarwandung im Bereich des Übergangs in einer Ebene. Vorteilhafterweise ist die Nachbarwandung als Verlängerung einer Innenwandung des benachbarten Rads oder als Innenwandung selbst ausgebildet. Die Verlängerung kann am Pumpenrad und/oder am Turbinenrad ausgeformt sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Übergang im radial äußeren Bereich und/oder im radial inneren Bereich des Innentorus ausgebildet.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Strömungsquerschnittsbreite des Spalts veränderlich ausgestaltet. Der Strömungswiderstand, beispielsweise beeinflusst durch den Reibungswiderstand an der Berandungsfläche des Spalts, sollte möglichst groß sein, um die Verlustströmung durch den Spalt zu begrenzen.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Dicke der Verlängerung und/oder der Nachbarwandung im Bereich des Übergangs veränderlich ausgestaltet, womit sich spezielle Formen des Spalts ergeben können. Vorteilhafterweise ist an wenigstens einer Verlängerung ein radialer Fortsatz ausgebildet, womit der Strömungswiderstand in dem Spalt vergrößert werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Abbildungen, sowie deren Beschreibungsteile, bei deren Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde. Es zeigen im Einzelnen:
1a: Querschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler in einer Ausführungsform der Erfindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad.
1b: Detailansicht des Ausschnitts A aus 1a und weitere alternative Ausführungsmöglichkeiten des Übergangs.
2a: Querschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad.
2b: Detailansicht des Ausschnitts B aus 2a und weitere alternative Ausführungsmöglichkeiten des Übergangs.
In 1a ist der Querschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 in einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der hydrodynamische Drehmomentwandler 10 weist ein Pumpenrad 12, ein Turbinenrad 14 und ein Leitrad 16 auf, die zusammen einen torusförmigen, hydrodynamischen Strömungskreislauf für ein innerhalb des Wandlergehäuses eingebrachtes Fluid festlegen. Die wirksame Kopplung der Räder in Gestalt des Pumpenrads 12, des Turbinenrads 14 und des Leitrads 16 mit dem Fluid erfolgt durch an den Rädern jeweils angebrachte Schaufeln, die durch Wandungen an den Rädern befestigt sind und durch diese gehalten werden. Die Wandungen werden durch eine Außenwandung 20 und eine Innenwandung 18 gebildet, wobei die Innenwandungen 18 der Räder einen Innentorus 22 bilden. Das Fluid strömt im Wesentlichen in dem durch den Umfangsbereich zwischen den Außenwandungen 20 und den Innenwandungen 18 festgelegten Arbeitsbereich 26. Da das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 14 relativ zueinander verdrehbar sind und daher unterschiedliche Drehzahlen aufweisen können, sind diese räumlich durch einen Schlitz 24 voneinander getrennt angeordnet. Das gleiche gilt zwischen dem Turbinenrad 14 und dem Leitrad 16 sowie zwischen dem Pumpenrad 12 und dem Leitrad 16.
Diese Schlitze 24 unterbrechen den umfangsseitigen Verlauf des Innentorus 22 entlang des torusförmigen Strömungswegs des Fluids. Somit kann das Fluid aus dem umfangsseitig zwischen den Außenwandungen 20 und den Innenwandungen 18 definierten Arbeitsbereich 26 in den Innenbereich 28 des Innentorus 22 entweichen und dadurch Strömungsverluste bewirken, was eine Verringerung des Wirkungsgrads des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 10 hervorrufen kann. Zur Verringerung dieser Strömungsverluste weist der hydrodynamische Drehmomentwandler 10 in dieser Ausführungsform der Erfindung eine Verlängerung 30 der Innenwandung 18 an dem Pumpenrad 12 und eine Nachbarwandung 31, beispielsweise in Form einer Verlängerung 32 der Innenwandung 18 des Turbinenrads 14 im radial äußeren Bereich des Innentorus 22 auf, wobei sich die Enden 36, 38 der Verlängerungen 30, 32 im Hinblick auf eine Richtung entlang des torusförmigen Strömungswegs übergreifen, sowie einen Spalt 34 zwischen sich einschließen.
1b zeigt in der Ausführung i eine Detailansicht des Ausschnitts A aus 1a und weitere alternative Ausführungsmöglichkeiten ii–v des Übergangs 40 zwischen der Verlängerung 30 der Innenwandung 18 des Pumpenrads 12 und der Verlängerung 32 der Innenwandung 18 des Turbinenrads 14. Der Übergang 40 von der Verlängerung 30 der Innenwandung 18 des Pumpenrads 12 und der Verlängerung 32 der Innenwandung 18 des benachbarten Turbinenrads 14 ist strömungswirksam eben ausgestaltet. Die dem Strömungskreislauf 42 zugewandten Außenflächen 44, 46 der Verlängerungen 30, 32 sind dazu im Bereich des Übergangs 40 eben ausgebildet, so dass der Strömungskreislauf 42 durch keine Versperrung behindert wird. Die Enden 36, 38 der Verlängerungen 30, 32 sind komplementär derart angeschrägt, dass sich eine möglichst große Berandungsfläche für das durch den Spalt 34 in den Innenbereich 28 dringende Fluid und damit einhergehend ein möglichst großer Reibungswiderstand ergibt. Dadurch kann der Strömungsverlust durch den Spalt 34 in Richtung Innenbereich 28 des Innentorus 22 weiter verringert werden.
In der Ausführung gemäß ii in 1b weist die Verlängerung 32 des Turbinenrads 14 einen radialen Fortsatz 48 auf, wobei das Ende 38 der Verlängerung 32 des Turbinenrads 14 über das Ende 36 der Verlängerung 30 des benachbarten Pumpenrads 12 greift. Der Reibungswiderstand für das durch den Spalt 34 strömende Fluid wird durch den radialen Fortsatz 48 in Verbindung mit dem benachbarten Ende 36 der Verlängerung 30 des Pumpenrads 12 erhöht. Die Außenflächen 44, 46 der Verlängerungen 30, 32 sind strömungswirksam eben ausgestaltet.
Die Ausführungen des Übergangs 40 gemäß iii, iv und v zeigen weitere mögliche Alternativen, wobei bei der Konstruktion des Übergangs 40 vorrangig der Gedanke im Vordergrund steht, den Übergang 40 mit den Außenflächen 44, 46 strömungswirksam eben auszugestalten und den Reibungswiderstand der Strömung durch den Spalt 34 in Richtung Innenbereich 28 des Innentorus 22 zu erhöhen, beispielsweise indem die Berandungsfläche des Spalts 34 möglichst groß und die Spaltabmessungen möglichst klein festgelegt sind. In der Ausbildung des Übergangs 40 gemäß iv liegen die Enden 36, 38 der Verlängerungen 30, 32 in einer Ebene 50, das bedeutet die Enden 36, 38 überlappen sich nicht, sondern grenzen bezüglich dieser Ebene 50 aneinander.
2a zeigt einen Querschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei weist das Pumpenrad 12 und das Turbinenrad 14 im radial inneren Bereich des Innentorus 22 jeweils eine Verlängerung 30, 32 der Innenwandung 18 auf, die radial oberhalb des Leitrads 16 aneinander grenzen und wie in der Detailansicht des Ausschnitts B aus 2a in 2b gezeigt, einen Übergang 40 gemäß der Ausführung iv in 2b bilden. Die Ausführungen i bis v sind vergleichbar mit denen in 1b. So zeigt die Ausführung iv einen Spalt 34 mit konstanter Strömungsquerschnittsbreite 52, während die Strömungsquerschnittsbreite 52 bei den anderen Ausführungen i bis iii und v veränderlich ist. Auch kann sich die Dicke 54 der Verlängerung 30, 32 im Bereich des Übergangs 40 mit dem Abstand zu der Nachbarwandung 31 verändern, wie dies in Ausführung ii in 2b erkennbar ist.
Auch kann die Nachbarwandung an dem Pumpenrad und die Verlängerung der Innenwandung an dem Turbinenrad angebracht sein. Des Weiteren kann ein erstes Rad eine Verlängerung aufweisen, während das zweite, benachbarte Rad nicht notwendigerweise eine Verlängerung der Innenwandung ausgebildet hat. In diesem Fall grenzt die Verlängerung des ersten Rads an die Innenwandung des benachbarten, zweiten Rads.
Auch ist es im Rahmen der Erfindung, die hier gezeigten Ausführungen des Übergangs von Pumpenrad zu Turbinenrad beliebig zu kombinieren oder an den Rädern zu vertauschen.
Bezugszeichenliste

10: Hydrodynamischer Drehmomentwandler
12: Pumpenrad
14: Turbinenrad
16: Leitrad
18: Innenwandung
20: Außenwandung
22: Innentorus
24: Schlitz
26: Arbeitsbereich
28: Innenbereich
30: Verlängerung
31: Nachbarwandung
32: Verlängerung
34: Spalt
36: Ende
38: Ende
40: Übergang
42: Strömungskreislauf
44: Außenfläche
46: Außenfläche
48: Radialer Fortsatz
50: Ebene
52: Strömungsquerschnittsbreite
54: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19803173 B4 [0003]

Claims

Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) mit einem jeweils Schaufeln aufweisenden Pumpenrad (12) und Turbinenrad (14) und einem torusförmigen Strömungskreislauf (42), wobei die Schaufeln durch Innenwandungen (18) an dem jeweiligen Rad befestigbar sind und die Innenwandungen (18) des Turbinenrads (14) und des Pumpenrads (12) einen Innentorus (22) mit dem Strömungskreislauf (42) zugewandten Außenflächen (44, 46) bilden und das Ende (36) einer Verlängerung (30) der Innenwandung (18) wenigstens eines Rades und das Ende (38) der Nachbarwandung des benachbarten Rades in einer Ebene (50) liegen oder einander übergreifen und einen Spalt (34) zwischen sich einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (40) von der Verlängerung (30) zu der angrenzenden Nachbarwandung (31) strömungswirksam eben ausgestaltet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen (44, 46) der Verlängerung (30) und der Nachbarwandung (31) im Bereich des Übergangs (40) in einer Ebene liegen.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbarwandung (31) als Verlängerung (30, 32) oder als Innenwandung (18) ausgebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verlängerung (30, 32) am Pumpenrad (12) und/oder am Turbinenrad (14) ausgeformt ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang (40) im radial äußeren Bereich und/oder im radial inneren Bereich des Innentorus (22) ausgebildet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsquerschnittsbreite (52) des Spalts (34) veränderlich ausgestaltet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (54) der Verlängerung (30) und/oder der Nachbarwandung (31) im Bereich des Übergangs (40) veränderlich ausgestaltet ist.
Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer Verlängerung (30, 32) ein radialer Fortsatz (48) ausgebildet ist.