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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen einen Drehmomentwandler. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung einen abgeflachten Drehmomentwandler.
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Hintergrundinformation
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Ein herkömmlicher Drehmomentwandler
ist eine Vorrichtung, die ein Torus mit drei Schaufelrädern (einem
Laufrad, einem Turbinenrad und einem Stator) aufweist und dazu ausgelegt
ist, unter Verwendung eines innerhalb des Torus angeordneten Fluids
Kraft zu übertragen.
Das Laufrad und die vordere Abdeckung bilden eine Fluidkammer, die
mit Arbeitsöl
gefüllt
ist. Das Laufrad weist hauptsächlich
einen ringförmigen
Laufradmantel, eine Vielzahl von Laufradschaufeln, die an der Innenseite
des Laufradmantels befestigt sind, und einen ringförmigen Laufradkern,
der an der Innenseite der Laufradschaufeln befestigt ist, auf. Das
Turbinenrad ist innerhalb der Fluidkammer derart angeordnet, dass
es dem Laufrad entlang der axialen Richtung zugewandt ist. Das Turbinenrad
weist hauptsächlich
einen ringförmigen Turbinenmantel,
eine Vielzahl von Turbinenschaufeln, die an der Oberfläche des
Turbinenmantels, die dem Laufrad zugewandt ist, befestigt sind,
und einen ringförmigen
Turbinenkern, der an der Innenseite der Turbinenschaufeln befestigt
ist, auf. Ein innerer Umfangsteil des Turbinenmantels ist an einem
Flansch einer Turbinennabe mit einer Vielzahl von Nieten befestigt.
Die Turbinennabe ist mit einer Antriebswelle gekoppelt, so dass
sie sich nicht relativ zur Antriebswelle drehen kann. Der Stator
ist ein Mechanismus, der zum Umlenken der Strömung des Arbeitsöls, das von
dem Turbinenrad zum Laufrad zurückkehrt, dient,
und ist zwischen einem inneren Umfangsteil des Laufrades und einem
inneren Umfangsteil des Turbinenrads angeordnet. Der Stator umfasst
hauptsächlich
einen ringförmigen
Statormantel, eine Vielzahl von Statorschaufeln, die an der äußeren Umfangsfläche des
Statormantels vorgesehen sind, und einen ringförmigen Statorkern, der an den
Spitzen der Statorschaufeln befestigt ist. Der Statormantel ist an
einer stationären
Welle durch eine Einweg-Kupplung gelagert.
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Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung
2000-74174, die hiermit durch den Hinweis aufgenommen wird, offenbart
einen Drehmomentwandler, der derart ausgelegt ist, dass der Torus
eine relativ schmale oder zerdrückte
Form in der axialen Richtung aufweist, d.h. ein geringes Ebenheitsverhältnis aufweist.
Durch Abflachen des Torus in dieser Weise kann die gesamte axiale
Länge des
Drehmomentwandlers verkürzt
werden, was ermöglicht,
dass der Drehmomentwandler in Räumen
installiert wird, in denen die axiale Abmessung begrenzt ist. Die
Verwendung eines abgeflachten Drehmomentwandlers ermöglicht auch,
dass ein leistungsstärkerer
Motor verwendet wird, und macht es leichter, Getriebe mit einer
größeren Anzahl
von Zahnrädern
zu installieren. Es besteht auch der Vorteil, eine Überbrückungsvorrichtung
mit mehreren Platten oder dergleichen in dem zusätzlichen Raum installieren
zu können,
der unter Verwendung eines Torus mit einer kürzeren axialen Abmessung erhalten
wird.
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Es ist bevorzugt, dass im Drehmomentwandler
die Übertragung
des Drehmoments vom Laufrad auf das Turbinenrad mit hoher Effizienz
durchgeführt wird.
Da die Übertragungseffizienz
eines Drehmomentwandlers gewöhnlich
abnimmt, wenn das Ebenheitsverhältnis
klein ist, besteht ein Bedarf für
eine Verbesserung der Übertragungseffizienz
von Drehmomentwandlern mit geringen Ebenheitsverhältnissen.
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Angesichts des Obigen ist es für Fachleute aus
dieser Offenbarung ersichtlich, dass ein Bedarf für einen
verbesserten Drehmomentwandler besteht. Diese Erfindung wendet sich
diesem Bedarf auf dem Fachgebiet sowie anderen Bedürfnissen
zu, die für Fachleute
aus dieser Offenbarung ersichtlich werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Verbesserung der Übertragungseffizienz
von Drehmomentwandlern mit einem geringen Ebenheitsverhältnis.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch
die Merkmale der Ansprüche
1 und 5. Die Unteransprüche
betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein Drehmomentwandler gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung überträgt ein Drehmoment unter Verwendung
eines Fluids und ist mit einem Laufrad, einem Turbinenrad und einem Leitrad
bzw. Stator versehen. Das Laufrad bildet mit einer vorderen Abdeckung
eine Fluidkammer. Das Turbinenrad ist in der Fluidkammer so angeordnet, dass
es dem Laufrad zugewandt ist. Der Stator ist zwischen dem Laufrad
und dem Turbinenrad angeordnet und wirkt zum Umlenken der Strömung des von
dem Turbinenrad zum Laufrad strömenden
Fluids. Das Laufrad, das Turbinenrad und der Stator bilden einen
Torus. Das Ebenheitsverhältnis
des Torus, welches das Verhältnis
der axialen Länge
L zur radialen Länge
H (L/H) ist, ist geringer als 0,8. Das Laufrad weist mindestens
37 Laufradschaufeln auf der Seite, die dem Turbinenrad zugewandt
ist, auf.
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Während
herkömmliche
Drehmomentwandler im Allgemeinen 29 oder 31 Laufradschaufeln
aufweisen, weist das Laufrad dieses Drehmomentwandlers 37 oder
mehr Laufradschaufeln auf. Da die größere Anzahl von Laufradschaufeln
die Drehmomentübertragungseffizienz
beträchtlich
erhöht,
kann eine ausreichende Übertragungseffizienz
erhalten werden, selbst wenn der Drehmomentwandler ein geringes
Ebenheitsverhältnis
von 0,8 oder weniger aufweist.
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Ein Drehmomentwandler gemäß einem zweiten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der im ersten Aspekt beschriebene
Drehmomentwandler, wobei die Anzahl von Laufradschaufeln eine Primzahl
ist.
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Wenn die Anzahl von Laufradschaufeln
keine Primzahl ist, besteht die Möglichkeit, dass die Zirkulation
des Fluids innerhalb der Fluidkammer periodisch wird und eine unerwünschte Störung verursacht.
Da die Anzahl von Schaufeln in diesem Drehmomentwandler eine Primzahl
ist, kann das Auftreten einer Fluidstörung unterdrückt werden.
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Ein Drehmomentwandler gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der im ersten oder
zweiten Aspekt beschriebene Drehmomentwandler, wobei das Ebenheitsverhältnis des
Torus geringer als 0,7 ist.
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Mit diesem Drehmomentwandler kann
eine ausreichende Übertragungseffizienz
erhalten werden, selbst wenn das Ebenheitsverhältnis geringer ist als 0,7,
da die Anzahl von Laufradschaufeln relativ zum Stand der Technik
erhöht
wurde. Obwohl die Übertragungseffizienz
aufgrund des verringerten Ebenheitsverhältnisses abnimmt, verursacht
das verringerte Ebenheitsverhältnis,
dass die Erhöhung
des Übertragungsverhältnisses,
die sich aus der Erhöhung
der Anzahl der Laufradschaufeln ergibt, größer ist.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale,
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für Fachleute
aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, die in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung offenbart.
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Man nehme nun auf die beigefügten Zeichnungen
Bezug, die einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:
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1 ist
eine vertikale, schematische Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Ansicht eines Kurvenbildes von maximalen Drehmomentübertragungseffizienzen
von Drehmomentwandlern mit unterschiedlichen Ebenheitsverhältnissen
und Anzahlen von Laufradschaufeln; und
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3 ist
ein Seitenaufriss eines Laufrades des Drehmomentwandlers von 1.
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Ausgewählte Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es
ist für
Fachleute aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass die folgenden
Beschreibungen der Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung nur zur Erläuterung und nicht für den Zweck
der Begrenzung der Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche und
ihre Äquivalente
definiert wird, bereitgestellt werden.
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Ein Drehmomentwandler 1 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist in 1 gezeigt. 1 ist eine vertikale, schematische
Querschnittsansicht des Drehmomentwandlers 1. Der Drehmomentwandler 1 ist
eine Vorrichtung, die zum Übertragen
eines Drehmoments von der Kurbelwelle 2 eines Motors auf
die Antriebswelle 3 eines Getriebes dient. Der Motor (nicht
dargestellt) ist auf der linken Seite von 1 angeordnet und das Getriebe (nicht
dargestellt) ist auf der rechten Seite von 1 angeordnet. Die Linie 0-0 ist die Drehachse
des Drehmomentwandlers 1.
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Der Drehmomentwandler 1 weist
hauptsächlich
eine flexible bzw. biegsame Platte 4 und einen Drehmomentwandler-Hauptkörper 5 auf.
Die biegsame Platte 4 ist ein dünnes, kreisförmiges,
scheibenförmiges
Element, das zum Übertragen
eines Drehmoments und auch zum Absorbieren von Biegeschwingungen,
die auf den Drehmomentwandler-Hauptkörper 5 von der Kurbelwelle 2 übertragen werden,
dient. Der Drehmomentwandler-Hauptkörper 5 weist eine
torusförmige
Fluidarbeitskammer 6 auf, die aus drei Schaufelrädern (einem
Laufrad 21, einem Turbinenrad 22 und einem Stator 23)
und einer Überbrückungsvorrichtung 7 besteht.
Die vordere Abdeckung 11 ist ein kreisförmiges, scheibenförmiges Element,
das eng benachbart zur biegsamen Platte 4 angeordnet ist.
Eine mittlere Nabe 16 ist durch Schweißen an der inneren Umfangskante
der vorderen Abdeckung 11 befestigt. Die mittlere Nabe 16 ist
ein zylindrisches Element, das sich in der axialen Richtung erstreckt
und in ein mittleres Loch der Kurbelwelle 2 eingesetzt
ist. Der innere Umfangsteil der biegsamen Platte 4 ist
mit einer Vielzahl von Schrauben 13 an der Spitzenfläche der
Kurbelwelle 2 befestigt. Eine Vielzahl von Muttern 12,
die mit gleichem Abstand in einer Umfangsrichtung angeordnet sind,
sind auf der Motorseite eines äußeren Umfangsteils
der vorderen Abdeckung 11 befestigt. Die Schrauben 14,
die mit den Muttern 12 in Eingriff stehen, befestigen einen äußeren Umfangsteil
der biegsamen Platte 4 an der vorderen Abdeckung 11.
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Ein äußerer zylindrischer Teil 11a,
der sich axial in Richtung des Getriebes erstreckt, ist am äußeren Umfangsteil
der vorderen Abdeckung 11 ausgebildet. Die äußere Umfangskante
des Laufradmantels 26 des Laufrades 21 ist an
das Spitzenende des äußeren zylindrischen
Teils 11a geschweißt.
Folglich bilden die vordere Abdeckung 11 und das Laufrad 21 eine
Fluidkammer, die mit Arbeitsöl
gefüllt
ist. Das Laufrad 21 umfasst hauptsächlich einen Laufradmantel 26,
Laufradschaufeln 27, die an der Innenseite des Laufradmantels
befestigt sind, und eine Laufradnabe 28, die an einem inneren
Umfangsteil des Laufradmantels 26 befestigt ist. Wie in 3 zu sehen ist, weist das Laufrad in diesem
Ausführungsbeispiel
vorzugsweise siebenunddreißig
Schaufeln auf.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist das Turbinenrad 22 innerhalb
der Fluidkammer derart angeordnet, dass sie dem Laufrad 21 in
der axialen Richtung zugewandt ist. Das Turbinenrad 22 umfasst
hauptsächlich
einen Turbinenradmantel 30, eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 31,
die an der Oberfläche
des Turbinenradmantels, die dem Laufrad zugewandt ist, befestigt
sind, und eine Turbinenradnabe 32, die an der inneren Umfangskante
des Turbinenradmantels 30 befestigt ist. Der Turbinenradmantel 30 und
die Turbinenradnabe 32 sind mit einer Vielzahl von Nieten 33 aneinander
befestigt. Keilnuten, die mit der Antriebswelle 3 in Eingriff
stehen, sind an der inneren Umfangsfläche der Turbinenradnabe 32 ausgebildet.
Folglich dreht sich die Turbinenradnabe 32 einteilig mit
der Antriebswelle 3.
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Der Stator 23 ist ein Mechanismus,
der zwischen einem inneren Umfangsteil des Laufrades 21 und
einem inneren Umfangsteil des Turbinenrades 22 angeordnet
ist. Der Stator 23 dient zum Umlenken der Strömung des
Arbeitsöls,
das von dem Turbinenrad 22 zum Laufrad 21 zurückkehrt.
Der Stator 23 besteht vorzugsweise aus einem Harz oder
einer Aluminiumlegierung und wird als einzelner einteiliger Körper durch
Gießen
hergestellt. Der Stator 23 weist hauptsächlich einen ringförmigen Statormantel 35, eine
Vielzahl von Statorschaufeln 36, die an der äußeren Umfangsfläche des
Statormantels 35 vorgesehen sind, und einen ringförmigen Statorkern 61,
der an den Spitzenenden der Statorschaufeln 36 befestigt
ist, auf. Der Statormantel 35 ist an einer zylindrischen
stationären
Welle 39 durch eine Freilaufkupplung 37 gelagert.
Die stationäre
Welle 39 erstreckt sich zwischen der äußeren Umfangfläche der
Antriebswelle 3 und der inneren Umfangsfläche der Laufradnabe 28.
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Eine torusförmige Fluidarbeitskammer 6 ist innerhalb
der Fluidkammer durch die vorstehend erwähnten Schaufelräder 21, 22 und 23 und
Mäntel 26, 30 und 35 ausgebildet.
Vorzugsweise ist die torusförmige
Fluidarbeitskammer 6 durch eine axiale Länge L und
eine radiale Höhe
oder Länge
H definiert. Die axiale Länge
L ist vorzugsweise der Abstand zwischen den axialen Außenkanten
der Schaufeln 27 und 31, an denen sie mit ihren
jeweiligen Mänteln 26 und 30 verbinden.
Die radiale Länge
H ist vorzugsweise der Abstand zwischen den radialen Außenkanten
der Schaufeln 27 und 31 und dem Teil, an dem die Statorschaufeln 36 am
Statormantel 35 befestigt sind. Außerdem ist innerhalb der Fluidkammer
ein ringförmiger
Raum 9 zwischen der vorderen Abdeckung 11 und
der Fluidarbeitskammer 6 sichergestellt. Eine Überbrückungsvorrichtung 7 ist
in diesem ringförmigen
Raum 9 angeordnet.
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Das Ebenheitsverhältnis L/H (Verhältnis der axialen
Länge L
des Torus zur radialen Länge
H des Torus) ist geringer als 0,8. Es ist auch annehmbar, dass das
Ebenheitsverhältnis
geringer als 0,7 ist. Der in 1 gezeigte
Drehmomentwandler 1 weist ein Ebenheitsverhältnis von
0,68 auf.
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Die in der Figur gezeigte Einweg-Kupplung 37 verwendet
eine Sperrklinke, es ist jedoch auch annehmbar, dass die Einweg-Kupplung eine Struktur aufweist,
die Walzen oder Hemmschuhe verwendet.
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Betrieb des Drehmomentwandlers
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sWenn sich die Überbrückungsvorrichtung 7 im
gelösten
Zustand befindet, wird die Übertragung des
Drehmoments zwischen der vorderen Abdeckung 11 und dem
Turbinenrad 22 durch den Fluidantrieb des Arbeitsöls zwischen
dem Laufrad 21 und dem Turbinenrad 22 durchgeführt. Das
Arbeitsöl,
das vom Laufrad 21 zum Turbinenrad 22 strömt, dreht das
Turbinenrad 22 und kehrt dann durch den Stator 23 zum
Laufrad 21 zurück.
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Charakteristische
Merkmale
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Wie in den 1 und 3 zu
sehen, weist der Drehmomentwandler 1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung vorzugsweise einen Torus mit einem Ebenheitsverhältnis von
0,68 und siebenunddreißig
Laufradschaufeln 27 auf.
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Ein Drehmomentwandler 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mit einem Laufrad mit mindestens siebenunddreißig Laufradschaufeln
versehen. Die erhöhte
Anzahl von Laufradschaufeln 27 verbessert die Drehmomentübertragungseffizienz
des Drehmomentwandlers 1 beträchtlich. Selbst wenn der Drehmomentwandler 1 ein
niedriges Ebenheitsverhältnis
von weniger als 0,8 aufweist, kann folglich eine ausreichende Übertragungseffizienz
erhalten werden. Da die Anzahl von Laufradschaufeln 27 eine Primzahl
ist, kann das Auftreten einer unerwünschten Störung innerhalb der Fluidarbeitskammer 6 unterdrückt werden.
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2 zeigt
Messergebnisse der Änderung des
Maximalwerts der Übertragungseffizienz
(maximale Effizienz) bezüglich
des Ebenheitsverhältnisses für herkömmliche
Drehmomentwandler und für
einen Drehmomentwandler 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Werte für
die herkömmlichen
Drehmomentwandler (mit neunundzwanzig bis vierunddreißig Laufradschaufeln)
sind mit hohlen weißen
Markierungen angegeben und die Werte für den erfindungsgemäßen Drehmomentwandler 1 (mit
siebenunddreißig
Laufradschaufeln) sind mit vollen schwarzen Markierungen angegeben.
In 2 ist die gestrichelte
Linie eine zusätzliche
Linie, die die Änderung der
maximalen Effizienz eines herkömmlichen
Drehmomentwandlers angibt, wenn die Anzahl von Laufradschaufeln
neunundzwanzig ist, und die durchgezogene Linie ist eine zusätzliche
Linie, die die Änderung
der maximalen Effizienz des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers angibt,
der siebenunddreißig
Laufradschaufeln aufweist.
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Die maximale Effizienz der herkömmlichen Drehmomentwandler
nimmt ab, wenn das Ebenheitsverhältnis
abnimmt; die Übertragungseffizienz
wird unzureichend, wenn das Ebenheitsverhältnis geringer als 0,8 ist.
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Demgegenüber nimmt im Fall des Drehmomentwandlers 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung nimmt die maximale Effizienz ab, wenn das Ebenheitsverhältnis abnimmt,
aber die Werte der maximalen Effizienz sind größer als jene der herkömmlichen Drehmomentwandler,
da die Anzahl von Laufradschaufeln 27 größer ist.
Folglich sind die Werte der maximalen Effizienz selbst bei Ebenheitsverhältnissen
von weniger als 0,8 zulässige
Werte. Insbesondere deuten die Messergebnisse von 2 darauf hin, dass die Werte der maximalen
Effizienz selbst bei Ebenheitsverhältnissen von weniger als 0,7
zulässige
Werte sind.
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WIRKUNGEN
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung kann die Übertragungseffizienz
von Drehmomentwandlern mit niedrigen Ebenheitsverhältnissen
verbessern.
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Wie hierin verwendet, beziehen sich
die folgenden Richtungsbegriffe "vorwärts, rückwärts, oberhalb,
abwärts,
vertikal, horizontal, unterhalb und quer" sowie irgendwelche anderen ähnlichen
Richtungsbegriffe auf jene Richtungen eines Fahrzeugs, das mit der
vorliegenden Erfindung ausgestattet ist. Folglich sollten diese
Begriffe, wie zum Beschreiben der vorliegenden Erfindung verwendet,
relativ zu einem mit der vorliegenden Erfindung ausgestatteten Fahrzeug
interpretiert werden.
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Der Begriff "konfiguriert", wie hierin zum Beschreiben einer Komponente,
eines Abschnitts oder eines Teils einer Vorrichtung verwendet, umfasst
eine Hardware und/oder Software, die dazu konstruiert und/oder programmiert
ist, die gewünschte
Funktion zu erfüllen.
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Begriffe, die in den Ansprüchen als "Mittel-Plus-Funktion" ausgedrückt sind,
sollten überdies jegliche
Struktur einschließen,
die verwendet werden kann, um die Funktion dieses Teils der vorliegenden Erfindung
zu erfüllen.
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Die Begriffe des Grades wie z.B. "im Wesentlichen", "etwa" und "ungefähr", wie hierin verwendet, bedeuten
eine angemessene Menge einer Abweichung des modifizierten Begriffs,
so dass das Endergebnis nicht signifikant verändert wird. Diese Begriffe können beispielsweise
als eine Abweichung von mindestens ± 5% des modifizierten Begriffs
einschließend
aufgefasst werden, wenn diese Abweichung die Bedeutung des Worts,
das sie modifiziert, nicht aufheben würde.
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität zur japanischen
Patentanmeldung Nr. 2002-370211. Die gesamte Offenbarung der japanischen
Patentanmeldung Nr. 2002-370211 wird hiermit durch den Hinweis hierin
aufgenommen.
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Obwohl nur ausgewählte Ausführungsbeispiele gewählt wurden,
um die vorliegende Erfindung zu erläutern, ist es für Fachleute
aus dieser Offenbarung ersichtlich, dass verschiedene Änderungen
und Modifikationen hierin vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich
der Erfindung, wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert, abzuweichen. Ferner sind die vorangehenden Beschreibungen
der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele
nur zur Erläuterung
und nicht für
den Zweck der Begrenzung der Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche und
deren Äquivalente
definiert ist, vorgesehen. Somit ist der Schutzbereich der Erfindung
nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele
begrenzt.