DE1126214B - Einstufiger hydrodynamischer Drehmomentwandler - Google Patents

Einstufiger hydrodynamischer Drehmomentwandler

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DE1126214B
DE1126214B DEA27642A DEA0027642A DE1126214B DE 1126214 B DE1126214 B DE 1126214B DE A27642 A DEA27642 A DE A27642A DE A0027642 A DEA0027642 A DE A0027642A DE 1126214 B DE1126214 B DE 1126214B
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DE
Germany
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torque converter
pump
turbine
blades
torque
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Pending
Application number
DEA27642A
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English (en)
Inventor
Alf Lysholm
Dr-Ing Ernst Lammerz
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Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
Original Assignee
Beteiligungs und Patentverwaltungs GmbH
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H41/00Rotary fluid gearing of the hydrokinetic type
    • F16H41/24Details
    • F16H41/26Shape of runner blades or channels with respect to function

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Fluid Gearings (AREA)

Description

  • Einstufiger hydrodynamischer Drehmomentwandler Die üblichen hydrodynamischen Drehmomentwandler erzeugen bekanntlich bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl ein Abtriebsdrehmoment, das mit kleiner werdender Abtriebsdrehzahl ansteigt und beim Anfahren erheblich größer ist als in dem Betriebsbereich, in dem der hydraulische Wirkungsgrad in der Nähe seines Höchstwertes liegt. Das hohe Anfahrdrehmoment ist für manche Anwendungsfälle unerwünscht, da es auch dann, wenn es im Betrieb gar nicht benötigt wird, eine entsprechende überbemessung der vom Drehmomentwandler angetriebenen Teile erfordert, um deren Zerstörung etwa bei plötzlich auftretenden größeren Widerständen zu vermeiden.
  • Die bisher bekannten Maßnahmen zur Verringerung des Anfahrdrehmomentes - selbsttätiges Herabsetzen der Antriebsdrehzahl, Verringerung des Druckes oder der Menge der im Kreislauf des Wandlers umlaufenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Abtriebsdrehzahl - erweisen sich für diesen Fall als zu schwerfällig und sind außerdem in konstruktiver Hinsicht aufwendig.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einstufigen hydrodynamischen Drehmomentwandler zu schaffen, in dessen Kreislauf wie üblich Pumpe und Turbine unmittelbar nacheinander radial nach außen durchströmt werden, bei dem jedoch das Schaufelsystem im übrigen derart gestaltet ist, daß das im Anfahrbereich bei gleichbleibender Antriebsdrehzahl auftretende Abtriebsdrehmoment mit kleiner werdender Abtriebsdrehzahl nicht mehr ansteigt, sondern im wesentlichen konstant bleibt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe in erster Linie durch die - bei Pumpenschaufeln an sich bekannte - Kombination folgender Merkmale gelöst: a) Die Leitschaufeln haben ein Teilungsverhältnis CL: bL von mindestens 0,9, vorzugsweise von etwa 1,15, und eine Dicke von etwa 0,10 v. H. der Schaufelbreite; b) die Sehnen der vorzugsweise mit wenig gekrümmter Skelettlinie und wenig abgerundeter Eintrittskante ausgebildeten Leitschaufeln sind gegen die zugehörigen Radien um mindestens 15°, vorzugsweise um weniger als 30°, in Drehrichtung nach vorn geneigt.
  • Das unter a) genannte Merkmal bedeutet praktisch etwa eine Verdoppelung des üblichen Teilungsverhältnisses sowie eine Halbierung der üblichen Dicke der Leitschaufeln und damit einen Verzicht auf eine straffe Führung der Strömung vor der Pumpe. Dadurch entstehen besonders bei »falscher« Anströmung der Leitschaufeln, also außerhalb des günstigsten Betriebspunktes, größere Ablösungs- und Stoßverluste, die zu einer entsprechend stärkeren Verringerung des hydraulischen Wirkungsgrades 27 führen. Durch die unter b) genannte Schrägstellung der Leitschaufeln wird diese Erscheinung hauptsächlich in den Anfahrbereich verlegt, da die Anströmung der Leitschaufeln dort, also bei geringen Drehzahlen der Turbine, infolge der vergrößerten Ablenkung besonders schlecht wird.
  • Durch die Kombination der genannten Merkmale wird demnach eine Drückung der Kennlinie des Abtriebsdrehmomentes NT im Anfahrbereich im erwünschten Sinne infolge einer besonders dort auftretenden entsprechenden Verschlechterung des hydraulischen Wirkungsgrades 17 erzielt.
  • Damit die erwähnte Verschlechterung des Wirkungsgrades auf den Anfahrbereich beschränkt bleibt und insbesondere der höchste Wirkungsgrad möglichst wenig beeinträchtigt wird, ist in Weiterbildung der Erfindung das Schaufelsystem des Drehmomentwandlers derart gestaltet, daß die Kennlinie des Wirkungsgrades 17 über dem Verhältnis E = nT : np der Drehzahlen von Turbine und Pumpe ihren Scheitelpunkt bei einem Wert eo von mindestens 0,55, vorzugsweise von etwa 0,65, hat. Durch diese Maßnahme; die an sich (z. B. bei den als Marschwandler bezeichneten hydraulischen Fahrzeuggetrieben) bekannt ist, wird der günstigste Betriebspunkt von üblicherweise unterhalb von 0,5 gelegenen nach. rechts, also zu n_ äher an 1,0 gelegenen er Werten verschoben. Infolge der hiermit verbundenen Annäherung der Drehzahlen nT und Momente MT der Turbine an die entsprechendenWerte np bzw. MP der Pumpe im günstigsten Betriebspunkt verringert sich das vom Leitschaufelkranz aufzunehmende Differenzmoment ML = MT - MP und damit auch der Einfluß des Leitschaufelkranzes auf- die Höhe des Wirkungsgrades in diesem Betriebspunkt. Damit wird sich trotz der Vergrößerung des Teilungsverhältnisses im Leitschaufelkranz sogar eine Wirkungsgradverbesserung im günstigsten Betriebspunkt E0 ergeben.
  • In weiterer Ausgestaltung der- Erfindung ist das Schaufelsystem des Drehmomentwandlers derart ausgebildet, daß das von der Pumpe bei konstanter Drehzahl np aufgenommene Drehmoment MP mit kleiner werdender Drehzahl nT der Turbine im Anfahrbereich ebenfalls kleiner wird.
  • Dieses Merkmal, .auch als Verringerung der spezifischenLeistungsaufnahme beimAnfahren bezeichnet, ist ebenfalls an sich bekannt, aber üblicherweise -da man meistens beim Anfahren möglichst hohe Abtriebsmomente MT erzielen will - nicht erwünscht. Im vorliegenden Fall trägt es natürlich ebenfalls zu der angestrebten Drückung der Kennlinie des Abtriebsmomentes MT im Anfahrbereich bei, wie sich etwa aus der bekannten Gleichung ergibt. Bei einem Drehmomentwandler nach der Erfindung haben die in an sich bekannter Weise mit dicken, gut abgerundeten Eintrittskanten und stark gekrümmten Skelettlinien versehenen Turbinenschaufeln ein Seitenverhältnis aT : bT von mehr als 1,5, vorzugsweise von etwa 2,5, und ein Teilungsverhältnis cT : bT zwischen 1,0 und 1,5, vorzugsweise von 1,1 bis 1,2, der Schaufelbreite.
  • Schließlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß die Leitschaufeln ein Seitenverhältnis aL : bL von weniger als 0,8 haben und die Pumpenschaufeln an der Austrittskante in Drehrichtung nach vorn gekrümmt sind.
  • In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ein einstufiger hydrodynamischer Drehmomentwandler schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen axialen Längsschnitt durch die oberhalb der Achse gelegene Hälfte des Wandlers, Fig. 2 und 3 in größerem Maßstab entsprechende Querschnitte nach den Linien II-II bzw. III-111 der Fig. 1 und Fig. 4 ein zugehöriges Schaubild.
  • Auf der Antriebswelle 1 des Wandlers ist die Pumpe 2 aufgekeilt. Die mit 3 bezeichneten Pumpenschaufeln sind im radial nach außen durchströmten Teil des Kreislaufs unmittelbar vor den Turbinenschaufeln 4 angeordnet. Diese werden von der Turbine 5 getragen, die auf der getriebenen Welle 6 aufgekeilt ist. Die Leitschaufeln 7 befinden sich in dem nicht drehbaren Gehäuse 8 des Wandlers und werden radial nach innen durchströmt. Wie aus Fig.2 ersichtlich, haben die Turbinenschaufeln 4 dicke, gut abgerundete Eintrittskanten 9 und stark gekrümmte Skelettlinien 10. Ihr Seitenverhältnis a7-: bT, d. h. das Verhältnis zwischen Schaufellange aT (quer zur Strömungsrichtung) und Schaufelbreite bT (in Strömungsrichtung), hat gemäß Fig. 1- die insoweit als maßstabsgetreu aufzufassen ist - den Wert von etwa 2,3. Für ihr Teilungsverhältnis cT : bT, wobei cT den Abstand zwischen den Eintrittskanten zweier benachbarter Schaufeln in Umfangsrichtung bedeutet, ergibt sich aus Fig. 2 -wiederum durch Abmessen - ein Wert von etwa 1,2.
  • Dagegen haben gemäß Fig. 3 die Leitschaufeln 7 ein dünneres Profil (Dicke etwa 10%), nur wenig abgerundete Eintrittskanten 11 und nur wenig gekrümmte Skelettlinien 12. Ihr Teilungsverhältnis cL: bL hat den verhältnismäßig sehr hohen und daher Ablösungsverluste im Anfahrbereich begünstigenden Wert von etwa 1,15, während das Seitenverhältnis aL : bL gemäß Fig. 1 einen Wert von etwa 0,7 aufweist. Die Sehnen 13 der Leitschaufeln sind - in Strömungsrichtung gesehen - gegen die zugehörigen Radien um einen Winkel von etwa (p = 25° in der durch den Pfeil 14 angedeuteten Drehrichtung nach vorn geneigt.
  • Die Pumpenschaufeln 3 sind gemäß Fig. 2 an den Austrittskanten 15 in Drehrichtung 14 nach vorn gekrümmt, wodurch der günstigste Betriebspunkt des Momentwandlers - d. h. der Punkt, in dem die Strömung beim übertritt in die Turbinenschaufeln 4 die geringsten Stoßverluste erzeugt -- in das Gebiet höherer Abtriebsdrehzahlen nT verlegt wird. Das Seitenverhältnis ap : bp der Pumpenschaufeln hat gemäß Fig.1 einen Wert von etwa 1,0.
  • Im Schaubild der Fig. 4 sind die folgenden an einem Momentwandler der oben beschriebenen Art durch Messung bei konstanter Antriebsdrehzahl np ermittelten Kennlinien ungefähr maßstabgetreu über dem Verhältnis s = nT : np der Drehzahlen von Turbine und Pumpe des Momentwandlers eingetragen: a) die Kennlinie 16 des hydraulischen Wirkungsgrades 11 in Prozenten; b) die Kennlinie 17 des von der Pumpe 2 aufgenommenen (Antriebs-) Moments MP; c) die Kennlinie 18 des von der Turbine S abgegebenen (Antriebs-) Drehmoments MT.
  • Die Momente MP und MT sind als Vielfache des im sogenannten Kupplungspunkt des Wandlers, d. h. bei Momentengleichheit sowohl im An- als auch im Abtrieb vorhandenen Drehmoments dargestellt, und zwar in 17 der besseren Übersichtlichkeit wegen mit viermal so großem Maßstab wie in 18. Der Kupplungspunkt entspricht der Ordinate 19, liegt also bei E=0,8.
  • Aus Fig. 4 ist abzulesen, daß die Kennlinie 16 des Wirkungsgrades i7 ihren höchsten Wert von etwa 85% bei E0 = 0,6 erreicht und links davon etwas schneller abfällt als rechts, daß die Kennlinie 17 des Antriebsmoments MP im Anfahrbereich mit kleiner werdendem E fällt und daß infolge dieser Einflüsse die Kennlinie 18 des Abtriebsmoments MT im Anfahrbereich - im vorliegenden Fall etwa für die s-Werte, bei denen die Wirkungsgrade im ansteigenden Ast der Kennlinie 16 noch unterhalb von 75 oh, entsprechend dem Betriebspunkt mit der Ordinate 20, liegen -im wesentlichen waagerecht verläuft, anstatt mit kleiner werdendem E anzusteigen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einstufiger hydrodynamischer Drehmomentwandler mit unmittelbar nacheinander radial nach außen durchströmter Pumpe und Turbine, gekennzeichnet durch die bei Pumpenschaufeln an sich bekannte Kombination folgender Merkmale: a) Die Leitschaufeln (7) haben ein Teilungsverhältnis CL: bL von mindestens 0,9, vorzugsweise von etwa 1,15, und eine Dicke von etwa 100/9 der Schaufelbreite; b) die Sehnen (13) der vorzugsweise mit wenig gekrümmter Skelettlinie (12) und wenig abgerundeter Eintrittskante (11) ausgebildeten Leitschaufeln (7) sind gegen die zugehörigen Radien um mindestens 15°, vorzugsweise um weniger als 30°, geneigt.
  2. 2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Ausbildung des Schaufelsystems derart, daß die Kennlinie des hydraulischen Wirkungsgrades q über dem Verhältnis E = nT : np der Drehzahlen von Turbine (5) und Pumpe (2) ihren Scheitelpunkt bei einem Wert E" von mindestens 0,55, vorzugsweise von etwa 0,65, hat.
  3. 3. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Ausbildung des Schaufelsystems derart, daß das von der Pumpe (2) bei konstanter Drehzahl np aufgenommene Drehmoment MP mit kleiner werdender Drehzahl nT der Turbine (5) im Anfahrbereich ebenfalls kleiner wird.
  4. 4. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in an sich bekannter Weise mit dicken, gut abgerundeten Eintrittskanten (9) und stark gekrümmten Skelettlinien (10) versehenen Turbinenschaufeln (4) ein Seitenverhältnis aT : bT von mehr als 1,5, vorzugsweise von etwa 2,5, und ein Teilungsverhältnis CT : bT zwischen 1,0 und 1,5, vorzugsweise von 1,1 bis 1,2, haben.
  5. 5. Drehmomentwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (7) ein Seitenverhältnis aL: bL von weniger als 0,8 haben und die Pumpenschaufeln (3) an der Austrittskante (15) in Drehrichtung (14) nach vorn gekrümmt sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 684 213, 653155; französische Patentschrift Nr. 1091537; schweizerische Patentschrift Nr. 292 520.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2941494A1 (de) * 1978-10-12 1980-04-24 Gen Motors Corp Hydrodynamischer drehmomentwandler

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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FR1091537A (fr) * 1953-01-21 1955-04-13 Transmission hydraulique à un seul étage

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