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Einbau von Schaufeln in Schaufelräder hydraulischer Getriebe Die Erfindung
bezieht sich auf den Einbau von Schaufeln aus dünnem Blech in einen Mantelring für
Schaufelräder hydraulischer Getriebe, bei denen Schaufelzapfen, -zungen, -stifte
oder -ansätze in Löcher. Ausnehmungen oder Schlitze im Mantelring eingreifen.
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Es sind bereits Stifte oder Zapfen für den obigen Verwendungszweck
bekannt, die in Löcher oder Bohrungen eingreifen. Jedoch handelt es sich hier um
Löcher, die in Längsrichtung verlängert sind und nicht, wie bei der Erfindung, was
nachfolgend näher ausgeführt wird, Rundlöcher darstellen; auf der anderen Seite
gibt es zwar auch Rundlöcher bzw. Rundbohrungen, in die jedoch Stifte mit einem
runden Querschnitt eingreifen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, der Verformung beim Einbau
von Schaufeln aus dünnem Blech in einen Mantelring Rechnung zu tragen und eine besonders
einfache und leicht herstellbare Form der Verbindungselemente zu schaffen.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß in ein Rundloch
ein Zapfen oder Stift mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt eingefügt ist
und daß die Länge der einen Seite des Zapfens der Stärke der Schaufel entspricht
und die Länge der anderen Seite des Zapfens etwas geringer als der Durchmesser des
Rundloches ist, derart, daß der Stift im Rundloch »eingeschrieben« ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der Zapfen quadratischen
Querschnitt und das Rundloch kann ein Sackloch sein. Wenn offene Rundlöcher Verwendung
finden, können die Zwischenräume zwischen den Seiten des Zapfens und des Rundloches
durch eine Materialauflage erhöht sein.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung
mit den Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehmomentwandlers
im Längsschnitt, Fig. 2 eine Teilansicht eines Turbinenrades beim Einbau, gesehen
in Richtung der Pfeile II-II der Fig. 3, Fig. 3 eine Teilansicht des gleichen Turbinenrades
im Längsschnitt nach der gebrochenen Linie III-III der Fig. 2, Fig. 4, 6, 7, 8 der
Fig. 3 ähnliche Ansichten, welche sich jedoch auf andere Ausführungsformen der "Turbinenräder
beziehen, Fig. 5 eine Ansicht der in Fig. 6 gezeigten Turbinenschaufel, gesehen
in Richtung der Pfeile V-V der Fig. 6, Fig. 9 eine Ansicht einer Turbinenschaufel
nach Fig. 8, gesehen in Richtung der Pfeile IX-IX der Fig. 8, Fig. 10 eine Ansicht
eines Teils der Turbine nach Fig. 8, gesehen in Richtung der Pfeile X-X der Fig.
8, Fig. 11 eine auseinandergezogene Darstellung dieses Teils im vergrößerten Maßstab,
Fig. 12 eine Teilansicht eines Pumpenrads beim Zusammenbau, gesehen in Richtung
der Pfeile XII-XII der Fig. 13, Fig. 13 eine Teilansicht dieses Pumpenrads im Längsschnitt
nach der gebrochenen Linie XIII-XIII der Fig. 12, Fig. 14, 16 und 19 der Fig. 13
ähnliche Ansichten, welche andere Ausführungsformen der Pumpenräder betreffen, Fig.
15 eine Ansicht einer Schaufel des in Fig. 16 gezeigten Pumpenrads, gesehen in Richtung
der Pfeile XV-XV der Fig. 16, Fig. 17 und 18 Ansichten von Teilen des Pumpenrads
nach Fig. 16, gesehen in Richtung der Pfeile XVII-XVII bzw. XVIII-XVIII der Fig.
16, Fig. 20 und 21 Ansichten von Teilen des Pumpenrads nach Fig: 19, gesehen in
Richtung der Pfeile XX-XX bzw. XXI-XXI der Fig. 19, Fig. 22 eine Ansicht der Nabe
des Leitrades mit einer mit strichpunktierten Linien angedeuteten Leitradschaufel,
Fig.
23 eine Ansicht dieser Leitradschaufel, gesehen in Richtung der Pfeile XXIII-XXIII
der Fig. 22.
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Die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung werden beispielsweise
in Anwendung auf einen Drehmomentwandler beschrieben, der, wie Fig. 1 zeigt, ein
mit einer Antriebswelle M fest verbundenes Pumpenrad P, ein mit einer Abtriebswelle
r fest verbundenes Turbinenrad T und ein mit einer festen Lagerung über einen Freilauf
L verbundenes Leitrad R aufweist. Die Räder P, T, R werden durch Mantelringe gebildet,
die zusammen einen torusförmigen Kanal mit im radialen Schnitt ringförmigem Querschnitt
für ein Arbeitsmittel begrenzen, und durch Schaufeln zur Führung des Arbeitsmittels.
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Jede Schaufel ist an einem oder zwei entsprechenden Mantelringen durch
Mittel befestigt, welche gemäß der Erfindung eine einfache Konstruktion mit verhältnismäßig
einfachem Werkzeug ermöglichen.
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Es seien zunächst Fig. 2 und 3 beschrieben, die sich auf den Zusammenbau
der Schaufeln 1 des Turbinenrades mit dem äußeren Mantelring 2 und dem inneren Mantelring
3 dieses Turbinenrades beziehen.
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Jede Schaufel l ist gesondert aus Stahlblech oder einem anderen geeigneten
Werkstoff hergestellt und weist eine geeignete Gesamtform der in Fig. 2 dargestellten
Art auf. Die Schaufel 1 weist an ihrem Umfang eine freie Eintrittskante 4, die dem
Pumpenrad zugekehrt ist, und eine freie Austrittskante 5, die dem Leitrad zugekehrt
ist, auf und zwischen diesen Kanten einen konvex gekrümmten Teil 6, dessen Krümmung
dem Mantelring 2 angepaßt ist, und einen konkav gekrümmten Teil 7, dessen Krümmung
dem Mantelring 3 angepaßt ist. Wenn der Teil 6 in enge Berührung mit dem Mantelring
2 gebracht wird, nimmt die Schaufel genau die gewünschte Form und Neigung ein, welche
vorher festgelegt worden ist, ohne daß dabei andere Formen und Neigungen auftreten
können. Wenn der Teil 7 in Anlage am Mantelring 3 gebracht wird, ist die Schaufel
in ihrer Lage festgelegt. Die Schaufel ist mit abstehenden Zungen 8 und 9 versehen,
die für den Eingriff mit Schlitzen 10 und 11 der Mantelringe 2 und 3 bestimmt sind,
wie nachstehend noch näher erläutert wird. Vorzugsweise wird die Schaufel durch
Bearbeitung einer entsprechend zugeschnittenen Blechscheibe in einer Presse hergestellt.
Das Untergesenk dieser Presse weist ein Relief auf, das absichtlich nicht über die
endgültige Wölbung der Schaufel hinausgeht. Die von der Presse ausgetragene und
sich geringfügig entspannende Schaufel hat nicht die endgültige Einbauform. Wenn
die Schaufel, beispielsweise in den Mantelring 2, eingesetzt wird, wird ihr eine
elastische Vorspannung mitgeteilt, die das Anlegen des Teils 6 an den Mantelring
2 ohne Spiel erleichtert.
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Die Mantelringe 2 und 3 in Form von halbtorusförmigen Schalen werden
gesondert durch Tiefziehen von Stahlblech hergestellt. Sodann werden längliche rechteckige
Schlitze 10, deren Richtung jeweils durch den 'erlauf einer Schaufel auf dem Mantelring
bestimmt wird, in einer einzigen kreisförmigen Reihe angeordnet, aus dem Mantelring
2 herausgearbeitet. Die Schlitze 10 befinden sich in einer Zone des Mantelrings
2, in der die diesen tangierende Ebene im wesentlichen senkrecht zur Mantelringachse
ist, während die Schlitzwände zu dieser Achse parallel sind. Diese Schlitze können
daher auf einer Werkzeugmaschine üblicher Art mit Lochstempeln in einfacher Weise
hergestellt werden, die sich parallel zur Mantelringachse bewegen. Der auf diese
Weise gestanzte Mantelring kann für den Einbau von Schaufeln verschiedener Formen
verwendet werden. In ähnlicher Weise sind längliche rechteckige Schlitze 11 in einer
einzigen kreisförmigen Reihe in einer Zone des Mantelrings 3 vorgesehen, an der
die tangierende Ebene im wesentlichen senkrecht zur Mantelringachse ist, derart,
daß die Wände dieser Schlitze parallel zur Mantelringachse sind.
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Die beiden Ränder des Mantelrings 2 werden außerdem bei 12, beispielsweise
mit Hilfe einer Bördelwalze, zur konkaven Seite des Mantelrings umgebördelt.
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Für das Einsetzen der Schaufeln zwischen die Mantelringe wird jede
Schaufel l unter Annäherung ihrer Enden gebogen, zwischen die gebördelten Ränder
12 des Mantelrings 2 eingesetzt, die Zunge 8 in einen Schlitz 10 eingeführt und
die Schaufel dann freigegeben. Die umgebördelten Ränder 12 sind ausreichend schmal
gehalten, damit während dieser Vorgänge die der Schaufel mitgeteilten Vorspannungen
die Elastizitätsgrenze nicht überschreiten. Falls erforderlich, werden die Zungen
der Schaufeln vor dem Einbau am Umfang der Schaufeln gebogen, so daß die Ebene der
Zungen während des Einbaus parallel zur Achse des Mantelrings verlaufen.
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Die Schaufel 1 liegt nun mit ihrem Umfang 6 genau am Mantelring 2
an, während die Kanten 4 und 5 durch die umgebördelten Ränder 12 gehalten werden.
Hierauf wird die Zunge 8 verdrillt, und wenn die Schaufeln 1 auf diese Weise im
Mantelring 2 in eine bestimmte Lage gebracht worden sind, wird der Mantelring 3
auf die Teile 7 der Schaufeln aufgebracht, wobei die Schlitze 11 mit den Zungen
9 in Eingriff gebracht werden. Sodann werden die Zungen 9 verdrillt, wodurch die
Befestigung der Schaufeln vervollständigt wird und diese in ihrer endgültigen Form
gehalten werden. In dem besonderen Fall der Zungen 9 können diese statt verdreht
auch umgelegt werden. Hierauf werden die vorläufig zusammengefügten Teile 1, 2 und
3 des Rads miteinander hart verlötet, für welchen Zweck sie mit dem Mantelring 2
nach unten flach in einen Ofen gelegt werden. Dieses Hartlöten gewährleistet eine
endgültige Befestigung der Schaufeln und hat außerdem zur Wirkung, daß durch eine
Konzentration des Auftragmetalls die Zwischenräume zwischen den Zungen 8 und den
Schlitzen 10 geschlossen werden, wodurch der Mantelring 2 vollkommen dicht wird.
Nach dem Hartlöten werden die Bördelränder 12 durch Bearbeitung entfernt. Die Zungen
8 können ebenfalls ganz oder teilweise entfernt werden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung, die darin besteht, die Zungen 8
zu verdrillen, weist verschiedene Vorteile auf. Vor allem ermöglicht das Verdrillen
eine wirksame Halterung der Schaufel am Mantelring durch Zug. Außerdem wird durch
die Verdrillung der Spalt zwischen jeder Zunge 8 und dem entsprechenden Schlitz
10 vollständig beseitigt und der Schaufel 1 gegenüber dem Mantelring 2 eine einwandfreie
Stabilität mitgeteilt.
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Nach dem Verdrillen nimmt die Achse der Zunge 8 eine unveränderliche
Stellung ein, wobei sich die Zunge in ihrer Gesamtheit in einer Mittellage zum Schlitz
10 befindet. Infolge des durch das Verdrillen an einigen Stellen gewährleisteten
festen Kontakts zwischen der Zunge und dem Schlitz erfolgt das Hartlöten unter besonders
günstigen Bedingungen, um so mehr, als durch das Verdrillen die auf dem Metall befindliche
Oxydschicht unterbrochen wird. Die verdrillte Zunge 8 hat ferner die Wirkung, daß
sie
das während des Hartlötvorgangs schmelzende Kupfer nach Art einer Rinne leitet,
was eine einwandfreie Abdichtung der Zwischenräume zwischen den Zungen und Schlitzen
gewährleistet.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht daher bei einem raschen
und einfachen Zusammenbau eine Konstruktion des Turbinenrads, die genau und robust
und widerstandsfähig gegen die im Betrieb auftretenden Beanspruchungen ist, ohne
daß während des Betriebs nennenswerte Schwingungen auftreten. Um die Herstellung
noch weiter zu vereinfachen und eine größere Veränderung der Schaufelform zu ermöglichen,
können die Schlitze 10 und 11 durch Rundlöcher ersetzt werden, die mit Hilfe einer
Bohrschablone hergestellt werden und zur Aufnahme von Zungen mit vorzugsweise rechteckigem
Querschnitt dienen.
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Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist der in Verbindung mit
Fig. 2 und 3 beschriebenen ähnlich. Die umgebördelten Ränder 12 sind jedoch durch
Beilegeringe 13 ersetzt, die auf den Mantelring, der aus einem beliebigen geeigneten
Werkstoff sein kann, beispielsweise durch Punktschweißen, aufgebracht werden. Die
Schaufeln 1 können nach Belieben entweder vor oder nach dem Anbringen der Beilegeringe
13 eingesetzt werden. Nachdem die Schaufeln unter einer elastischen Vorspannung
eingesetzt worden sind, wird die Hartverlötung vorgenommen, und die Beilegeringe
13 werden ganz oder teilweise entfernt.
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Bei der in Fig. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist die Verkeilung
der Schaufeln durch umgebördelte Ränder 12 oder Beilegeringe 13 durch die Anordnung
von Rundlöchern 14 ersetzt, die zur Aufnahme von Zapfen 15 der Schaufel bestimmt
sind. Jeder Zapfen 15 hat einen quadratischen Querschnitt, dessen Seite gleich der
Dicke der Schaufel ist, und der Durchmesser der Löcher 14 ist so gewählt, daß die
Zapfen 15 genau in den Löchern »eingeschrieben« sind. Die Schaufelbefestigung geschieht
wie folgt: Zuerst wird die Zunge 8 in den Schlitz 10 eingeführt, sodann werden die
Zapfen 15 unter elastischer Verspannung der Schaufel in die Löcher 14 eingesetzt
und dann die Zunge 8 verdrillt. Auf diese Weise werden die Schaufeln sehr genau
eingesetzt, wodurch auch die Harttötung erleichtert wird.
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Der Schlitz 10 kann, wie Fig. 7 zeigt, durch ein Rundloch 16 ähnlich
den Löchern 14 ersetzt werden und die Zunge 8 durch einen dem Zapfen 15 ähnlichen
Zapfen 17. Alle Löcher 14 und 16 können mit Hilfe einer Bohrschablone hergestellt
werden und werden mit Rücksicht auf die Abdichtung vorzugsweise als Sacklöcher gebohrt.
Jedes Sackloch ist in der die Schaufel tangierenden Ebene vorgesehen und ist senkrecht
zum Verlauf der Schaufel auf dem Mantelring. Die Länge der Zapfen 15 ist so gewählt,
daß während des Zusammenbaus die den Schaufeln aufgezwungene Vorspannung die Elastizitätsgrenze
nicht überschreitet.
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Bei der in Fig. 8 bis 11 dargestellten Ausführungsform ist die Anordnung
immer noch gleich der in Fig. 2 und 3 dargestellten, jedoch sind in diesem Falle
die umgebördelten Ränder 12 durch Erweiterungen 18 der Ränder des Mantelrings 2
und durch Ringkörper 19 und 20 ersetzt, die von den Erweiterungen 18 aufgenommen
werden. Jeder Ringkörper 19 oder 20 hat einen abgewinkelten Querschnitt und setzt
sich aus einem am Mantelring befestigten Teil 21, der sich in einer zur Achse senkrechten
Ebene erstreckt, und aus einem Teil 22 zusammen, der in die entsprechende Erweiterung
18 eingeschoben wird, so daß er an der Innenwand des Mantelrings voll zur Anlage
kommt. In den Teilen 22 der Ringkörper 19 oder 20 sind schräge Einkerbungen 23 vorgesehen,
die zur Aufnahme von Ansätzen 24 der Schaufeln 1 bestimmt sind. Beim Einsetzen der
Schaufeln werden die Zungen 8 in die Schlitze 10 eingeführt, die Schaufeln 1 am
Mantelring 2 zur Anlage gebracht und die Ringkörper 19 und 20 in der Weise befestigt,
daß die Ansätze 24 in die Einkerbungen 23 eingebracht werden. Die Ringkörper 19
und 20 stützen sich elastisch an den Enden der Schaufeln ab, so daß die letzteren
eng am Mantelring 2 anliegen. Sie sind außerdem durch Niete, Schweißung oder andere
Mittel mit ihren Teilen 21 auf einem Flansch 21 a starr befestigt, der für diesen
Zweck am Mantelring vorgesehen ist. Hierauf kann, wenn erforderlich, eine Harttötung
vorgenommen werden. Die beim Hartlötvorgang betroffenen Ringkörper 19 und 20 werden
zweckmäßig nach diesem Vorgang im Rad belassen und führen zu keiner Diskontinuität
an der mit dem Arbeitsmittel in Berührung befindlichen Wand. Nachdem der innere
Mantelring 3 eingesetzt worden ist, ist die Befestigung der Schaufeln vollständig.
Wie im vorangehend beschriebenen Fall können die Schlitze 10 durch Rundlöcher ersetzt
werden und die Zungen 8 durch quadratische Zapfen. Die Ringkörper 19 und 20 können
so ausgebildet sein, daß sie die Elemente einer zwischen dem Turbinenrad und beispielsweise
einem Pumpenrad angeordneten Labyrinthdichtung bilden.
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In Fig. 12 und 13 ist der Zusammenbau der Schaufeln 25 eines Pumpenrads
mit dem äußeren Mantelring 26 und dem inneren Mantelring 27 dieses Pumpenrads dargestellt.
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Jede Schaufel 25 wird gesondert aus Stahlblech oder einem anderen
geeigneten Werkstoff und in der jeweils geeigneten Form, beispielsweise mit der
dargestellten Form, hergestellt. Die Schaufel 25 trägt einen Zapfen, der
für den Eingriff mit einem runden Sackloch 29 des Mantelrings 26 bestimmt ist, und
ist ferner mit einer Zunge 30 für den Eingriff mit einem Schlitz 31 des Mantelrings
27 versehen.
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Die Ränder des Mantelrings 26 werden bei 32 umgebördelt. Beim Einbau
wird der Zapfen 28 in das Loch 29 eingesetzt und die Schaufel 25 um den Zapfen 28
verschwenkt, bis diese zur Anlage am Mantelring 26 kommt und sich an den umgebördelten
Rändern 32 abstützt. Hierauf wird der Mantelring 27 aufgesetzt und werden für die
Verriegelung die Zungen 30 umgebogen, worauf die Hartlötung vorgenommen wird. Nach
dem Hartlöten werden die Ränder 32 durch Bearbeitung entfernt.
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Bei der in Fig. 14 gezeigten Ausführungsform sind die Ränder 32 durch
aufgebrachte Ringscheiben 33 ersetzt, die eine elastische Abstützung für die Schaufeln
bilden. Nach der Befestigung dieser Ringscheiben und der Verriegelung des Mantelrings
27 wird die Harttötung vorgenommen und dann der durch die Ringscheiben gebildete
Rand durch Bearbeitung entfernt.
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Bei der in Fig. 15 bis 18 dargestellten Ausführungsform sind die Ränder
32 durch eine Anordnung ersetzt, die der für ein Turbinenrad in Verbindung mit Fig.
8 bis 11 beschriebenen gleich ist. Die Schaufeln 25 sind mit Ansätzen 34 versehen,
die für den Eingriff mit Einkerbungen 35 in Ringen 36 und 37 von abgewinkeltem Querschnitt,
welche sich in Erweiterungen 38 des Mantelrings 26 befinden, bestimmt sind. Hierbei
ist zu erwähnen, daß die durch den Hartlötvorgang betroffenen Ringe 36 und 37 nach
dem
Hartlöten nicht weggenommen werden und mit dem Mantelring 26 eine kontinuierliche
Wand für das Arbeitsmittel bilden. Die Ringe 36 und 37 können ferner so ausgebildet
sein, daß sie Teile einer zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordneten
Labyrinthdichtung bilden.
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Bei der in Fig. 19 bis 21 gezeigten Ausführungsform sind die Ansätze
34 weggelassen, ferner sind auch keine Erweiterungen 38 vorgesehen, und die Ringe
36 und 37 weisen anstatt Einkerbungen 35 Befestigungselemente 39 auf, die hakenförmig
ausgebildet sind und die Schaufeln in elastischer Anlage am Mantelring 26 halten.
Beim Zusammenbau drücken die in diesem Falle übergreifenden Ringe 36 und 37 die
Schaufeln gegen den Mantelring. Durch eine Drehung der Ringe 36 und 37 in entgegengesetztem
Sinn werden die Schaufeln bis zur Anlage an der Wand des Mantelrings 26 verschwenkt,
wobei die Elastizität der Befestigungselemente 39 eine wirksame Anlage aller Schaufeln
gewährleistet. Die Ringe 36 und 37 werden nach dem Hartlöten durch Bearbeitung ganz
oder teilweise entfernt.
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Bei den unmittelbar vorangehend beschriebenen Pumpenrädern weist der
Mantelring 26, der als abgedichtetes Außengehäuse für den Drehmomentwandler dient,
keine durchgehenden Löcher auf. Die Achsen der Sacklöcher liegen, wie vorangehend
beschrieben, in der die Schaufel tangierenden Ebene und sind senkrecht zum Verlauf
der letzteren. Hierbei ist zu erwähnen, daß bei Schaufeln für Pumpenräder die Schaufeln
oft annähernd senkrecht zur Wand des Mantelrings stehen, so daß die Achsen der Sacklöcher
selbst wieder annähernd senkrecht zu der erwähnten Wand stehen. Diese Anordnung
kann das Einsetzen der Schaufeln in den Mantelring 26 durch Verschwenken der Schaufeln
bei 28 und 29 erleichtern.
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Die für die Turbinenräder mit verdrillten Zungen beschriebenen Abdichtungen
können in diesem Falle ebenfalls Anwendung finden.
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In Fig. 22 und 23 ist der Zusammenbau der Schaufeln 40 eines Leitrads
mit dem Mantelring bzw. der Nabe 41 desselben dargestellt. Jede Schaufel 40 ist
mit zwei oder mehreren (im dargestellten Beispiel drei) parallelen Zapfen 42 von
quadratischem Querschnitt versehen, die für den Eingriff mit entsprechenden parallelen
Rundlöchern 43 des Mantelrings 41 bestimmt sind und auf diesen umgelegt werden.
Nach dem Zusammenfügen wird die Verbindung durch Hartlöten vervollständigt.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellte und beschriebene Ausführungsform
beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens beliebige Abänderungen erfahren.
Insbesondere kann die Zahl der Haltemittel, wie die Löcher, abweichend von den dargestellten
Ausführungsformen festgelegt werden.