DE1625053C3 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Bei den bekannten hydrodynamischen Drehmomentwandlern der im Oberbegriff des Anspruches 1 aufgeführten Gattung (GB-PS 7 38 699) haben die einzelnen Leitradteile ein jeweils geschlossenes Tragflügel-Querschnittsprofil mit einer abgerundeten Vorderkante und einer im wesentlichen spitz auslaufenden Hinterkante. Die Leitradteile sind für eine jeweilige Veränderung ihrer Winkelstellung einzeln verstellbar, wobei eine Verstellung beispielsweise des am Strömungsaustritt des Turbinenrades des Drehmomentwandlers nächstgelegenen Leitradteiles nicht unbedingt eine Verstellung auch des dem Strömungseintritt des Pumpenrades nächstgelegenen Leitradteiles bewirkt, das somit im Zusammenwirken mit dem anderen Leitradteil nur eine Art Stufenwirkung der damit insgesamt erzielbaren Drehmomentvervielfachung bringt.

Diese Drehmomentvervielfachung hat ihre Ursache <>o in einer Änderung der tangentialen Komponente der absoluten Strömungsgeschwindigkeit der Wandlerflüssigkeit durch die einzelnen Schaufeln des Leitrades. Dabei gilt, daß sich diese absolute Strömungsgeschwindigkeit im Eintrittsbereich der Leitradschaufeln über größere Winkelbereiche ändert, und zwar in Abhängigkeit von dem Drehzahlverhältnis zwischen dem Turbinenrad und dem Pumpenrad des Wandlers, welches bis zum Erreichen von dessen sogenanntem Kupplungs punkt eine Vervielfachung des Drehmoments ergib Sofern das Drehzahlverhältnis den Wert Null hat, trit bei der dann größten Strömungsgeschwindigkeit ein maximale Drehmomentübersetzung auf, die anderer seits im Kupplungspunkt des Wandlers, in welchen dessen Leitrad keine Drehmomentreaktion mehr ab sorbiert, am kleinsten ist. Wird folglich die Winkelstel lung der einzelnen Leitradschaufeln so gewählt, daß dii tangentiale Komponente der absoluten Strömungsge schwindigkeit bei jeder gegebenen toroidalen Wand !erströmung am Austrittsbereich des Pumpenrades an größten ist, dann wird dadurch eine maximale Drehmo mentvervielfachung des Wandlers erzielt. Eine solche Einstellung hat dann aber den Nachteil, daß in aller mittleren Drehzahlverhältnissen und besonders auch Ir denjenigen nahe dem Kupplungspunkt des Wandler: dessen Wirkungsgrad nicht optimal ist. Eine Verbesserung des Wirkungsgrades in den höheren bis höchster Drehzahlverhältnissen ist andererseits auf Kosten der niedrigeren Drehzahlverhältnisse dadurch möglich, daG dieser tangentialen Komponente der absoluten Strömungsgeschwindigkeit am Austrittsbereich des Leitrades ein kleinerer Wert gegeben wird, woraus folgt, daß für die Formgebung der einzelnen Schaufeln des Leitrades ein gewisser Kompromiß gefunden werden muß, um einerseits in den niedrigeren Drehzahlverhältnissen eine angemessene Drehmomentvervielfachung zu erhalten, ohne daß darunter andererseits der Wirkungsgrad des Wandlers in den hohen Drehzahlverhältnissen leidet.

Die eingangs erläuterten Mehrfachanordnungen des Leitrades dienen somit bei den bekannten Drehmomentwandlern dem Zweck, ohne nennenswerte Beeinträchtigung des für seinen Kupplungspunkt erreichbaren Wirkungsgrades des Wandlers für den Betrieb in den niedrigeren Drehzahlverhältnissen eine andere Schaufelgeometrie zur Verfügung zu stellen als für den Betrieb in den höheren Drehzahlverhältnissen. Dabei tritt aber der Nachteil auf, daß bei einer für eine maximale Leistungsaufnahme beispielsweise vorgenommenen Einstellung der am Strömungsaustritt gelegenen letzten Stufe des Leitrades die an dessen Strömungseintritt gelegene erste Stufe der aus dem Turbinenrad ausströmenden Wandlerflüssigkeit einen ungünstigen Eintrittswinkel darbietet, so daß dadurch die gesamte Leistungsaufnahme des Leitrades entsprechend geschwächt wird. Umgekehrt ist die Wirkung der am Stromungseintritt gelegenen ersten Stufe des Leitrades durch die an deren Strömungsaustritt gelegene letzte Stufe geschwächt, sofern im Kupplungspunkt des Wandlers die erste Leitradstufe in eine Winkelstellung eingestellt ist, die in einer mittleren Fahrgeschwindigkeit einen optimalen Wirkungsgrad des Wandlers ergibt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht folglich darin, bei den hydrodynamischen Drehmomentwandlern der maßgeblichen Gattung Vorkehrungen zu treffen, daß sowohl der Eintrittswinkel als auch der Austrittswinkel des gesamten Leitrades geändert werden können, um unabhängig von Änderungen des Drehzahlverhältnisses optimale Bedingungen für den Strömungseintritt und den Strömungsaustritt der Wandlerflüssigkeit zu erzielen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Wegen der damit vorgesehenen zwangsweisen Koppelung der beiden Leitradteile ergibt jede Veränderung der Winkel-

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stellung eines der beiden Teile eine Veränderung der gesamten Schaufelgeometrie, also eine Veränderung des gesamten Tragflügel-Querschnittsprofils, so daß für die Wandlerflüssigkeit stets optimale Strömungswinkel dargeboten werden.

Es ist zwar bereits bekannt (US-PS 22 71 919 US-PS 32 05 661, GB-PS 8 95 174). solche optimalen Strömungswinkel auch mittels eines einteiligen Leitrades i;u erzielen, dessen Schaufeln dabei aus einem flexiblen Material bestehen und sowohl an der Vorderkante als auch an der Hinterkante verstellbar sind. Eine solche flexible Schaufelausbildung ist jedoch darin nachteilig, daß die Flexibilität des Materials eine möglicherweise in weiten Grenzen veränderliche Einflußgröße auf die Gesamtschaufelgeometrie darstellt, so daß dieselbe nach einer vorgenommenen Änderung der Winkeleinstellung keinesfalls dauerhaft ist.

Es sind daneben auch bereits zweiteilige Leitradausführungen bekannt (US-PS 2187 937), bei denen der dem Eintrittsbereich des Pumpenrades nächste eine Leitradteil fest im Schaufelrad angeordnet und mit ihm der andere Leitradteil über eine Gelenkverbindung beweglich verbunden ist. Wird die Winkeleinstellung dieses beweglichen Leitradteiles geändert, dann können sich daraus störende Diskontinuitäten der Wandlerströmung ergeben. Es ist schließlich auch noch bekannt (US-PS 22 35 673, US-PS 22 87 374). das Pumpenrad solcher Wandler dreiteilig auszubilden, wobei dann der Radteil an der Eintrittsseite wieder fest angeordnet ist, mit ihm der zweite Radteil gelenkig und schwenkbar verbunden und mit dessen Ende der dritte Radteil freibeweglich ebenfalls gelenkig verbunden ist.

Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Ausbildungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen erfaßt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler gemäß Erfindung,

F i g. 2 ein Vektordiagramm der Schaufelgeometrie des Drehmomentwandlers gemäß F i g. 1,

Fig.3 ein Vektordiagramm der Flüssigkeitsströmung durch diesen Drehmomentwandler,

Fig.4 in vergrößertem Maßstab einen Querschnitt durch das Leitrad des Drehmomentwandlers gemäß F i g. 1 nach der Linie 4-4 in F i g. 4A und

F i g. 4A einen Querschnitt durch dieses Leitrad nach der Linie 4A-4A in F i g. 4.

In der Zeichnung bezeichnet 10 das lampengehäuse, das aus einem Gehäuseteil 12 toroidaler Formgebung und einem weiteren, damit über eine Schweißnaht 14 verbundenen Gehäuseteil 16 besteht. Letzterer hat eine Nabe 18, die an einem in einer endsdtigen Zentrieröffnung der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine zentrierten Zentrierteil 20 befestigt ist. Der andere Gehäuseteil 12 ist über eine Nabe 22 an einer Hohlwelle 24 angeschweißt, die in einer Lageröffnung im feststehenden Getriebebehäuse gelagert ist.

Der Außenmantel 26 des Pumpenrades des Drehmomentwandlers ist bei 28 an den Gehäuseteil 12 und bei 30 an dessen Nabe 22 angeschweißt. Ein Innenmantel 32 des Pumpenrades iü über dessen Schaufeln 34 mit dem Außenmantel 26 verbunden. Gleichartig besteht das Turbinenrad 36 des Drehmomentwandlers 2us einem Außenmantel 38, einem Innenmantel 40 und diese Mantel miteinander verbindenen Schaufeln 42, die radiale Einströmkanäle bilden. Der Außenmantel 38 des Turbinenrades 36 ist durch Niete 44 mit einer Nabe 46 verbunden, die über eine Vielkeilverzahnung 48 mit einer Welle 50 drehfest verbunden ist.

Zwischen dem Austrittsbereich der Schaufeln 42 des Tuibinenrades 36 und dem Eintrittsbereich der Schaufein 34 des Pumpenrades ist ein Leitrad 52 angeordnet, das einen Innenmantel 54 mit einer zentralen öffnung 56, einen Außenmantel 58 und dazwischen angeordnete Schaufeln 60 hat. Jede dieser Schaufeln 60 ist zweigeteilt, wobei jedes der beiden Teile 62 und 64 auf einer jeweiligen Welle 66 bzw. 68 gelagert ist. Der eine Teil 64 hat eine abgerundete Vorderkante 70, die sich zur Hinterkante des anderen Teils 62 hin allmählich verjüngt, so daß sich beide Teile zu einer einheitlichen Schaufelgeometrie ergänzen, welche das bekannte Tragflügel-Querschnittsprofil hat. Wie besonders aus den F i g. 4 und 4A hervorgeht, haben die beiden Teile 62 und 64 jeder Schaufel an ihren einander gegenüberstehenden Enden im wesentlichen in der Gesamtschaufelgeometrie liegende Kanten 74 und 78 und sind über eine jeweilige Gelenkverbindung miteinander gekoppelt, die aus einem an der einen Kante 74 angeordneten Stift 76 und einem in der anderen Kante 78 ausgebildeten Führungsschlitz 72 für diesen Stift besteht. Diese mechanische Gelenkverbindung ist dabei so beschaffen, daß bei einer Verstellung beispielsweise des einen Leitradteils 62 zwischen zwei zweckmäßig vorgesehenen Begrenzungsanschlägen 80 und 82 in einer Drehrichtung um seine Lagerwelle 66 der andere Leitradteil 64 zwangsweise in einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung um seine Lagerwelle 68 verstelli wird, wobei sich an der Kontinuität der Gesamtschaufelgeometrie nichts ändert. Es bleiben also die Voraussetzungen für eine kontinuierliche Wandlerströmung erhalten, die infolge dieser Verstellbarkeit der miteinander gekoppelten Leitradteile 62 und 64 für eine Veränderung des sogenannten Größenfaktors des Wandlers beeinflußt werden kann, worunter das Verhältnis zwischen der Drehzahl des Pumpenrades und der Quadratwurzel des Pumpenrad-Drehmoments verstanden wird. An dieser Stelle sollte daher noch darauf hingewiesen werden, daß eine Verkleinerung der Winkelstellung der Hinterkante des einen Leitradteils 62 die Winkelstellung der Vorderkante des anderen Leitradteils 64 vergrößert und umgekehrt, und daß in den in F i g. 4 in ausgezogenen Linien dargestellten Relativlagen der beiden Gleitradteile der Wandler für seine höchste Drehmomentvervielfachung eingestellt ist, was später noch näher erklärt wird.

Das Leitrad 52 ist mit einer Überholbremse 84 ausgerüstet, die auf einer feststehenden Hohlwelle 102 angeordnet und in bekannter Weise als Freilaufgesperre ausgebildet ist. Die Überholbremse 84 besteht zu diesem Zweck aus einem mit Nocken versehenen äußeren Laufiing 86, einem ebenfalls mit Nocken versehenen inneren Laufring 88, der über eine Vielkeilverzahnung 100 mit der vorerwähnten Hohlwelle 102 verbunden ist, und zwischen diesen Laufringen 86, 88 angeordneten Rollen 90. Zu beiden Seiten derselben sind Halteringe

no 92 und 94 angeordnet, die über Schubringe % und 98 an der Nabe 46 des Turbinenrades 36 bzw. an der Nabe 22 des Gehäuseteils 12 des Pumpenrades abgestützt sind.

Das Vektordiagramm der F i g. 2 zeigt unter jeweili-

d.s ger Bezugnahme auf das Drehzahlverhältnis die Strömungsgeschwindigkeiten am Eintrittsbereich des Pumpenrades, des Turbinenrades und des gemäß Erfindung zweiteilig ausgebildeten Leitrades. Hierbei gilt bezug-

lieh des Pumpenrades 34, daß an dessen Eintrittsbereich die absolute Strömungsgeschwindigkeit vektoriell im wesentlichen ausgerichtet ist zum Eintrittswinkel ß, wobei diese Ausrichtung bei kleiner werdendem Drehzahlverhältnis des Wandlers zunehmend verlassen wird. Bezüglich des Eintrittsbereichs des Turbinenrades 42 gilt, daß dort eine weniger extreme Änderung des Vektors der absoluten Strömungsgeschwindigkeit auftritt, was andererseits nicht gilt für den Eintrittsbereich des Leitrades 60, wo am Leitradteil 64 der Vektor der absoluten Strömungsgeschwindigkeit bei einem Drehzahlverhältnis von Null einen extrem spitzen Winkel mit der vertikalen Bezugslinie einschließt. Es ist in diesem Zusammenhang festzuhalten, daß dann, wenn der Drehmomentwandler im Kupplungsbereich arbeitet, dieser Vektor der absoluten Strömungsgeschwindigkeit am Eintrittsbereich des Leitradteils 64 einen wesentlich größeren Winkel als 90° mit der vertikalen Bezugslinie einschließt, wobei dann praktisch eine Übereinstimmung mit dem anderen Leitradteil 62 auftretenden Austrittswinkel vorliegt.

In dem Vektordiagramm der F i g. 3 sind die Verhältnisse näher verdeutlicht, denen ein jeweiliges Flüssigkeitspartikel p, P und P' am Austrittsbereich des Pumpenrades 34 beziehungsweise des Turbinenrades 42 b2W. des Leitrades 52 ausgesetzt ist. Es bedeuten hierin weiter uo und i/o die jeweils lineare Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitspartikeln ρ und P, die in der zur Drehrichtung des Pumpenrades bzw. des Turbinenrades senkrechten Richtung einer Strömungsgeschwindigkeit ίο bzw. Fo der Wandlerflüssigkeit ausgesetzt sind. Im Leitrad hat die Wandlerflüssigkeit eine entsprechende Strömungsgeschwindigkeit Fo bei einem Austrittswinkel r'. dem ein Austrittswinkel γ bzw. r beim Pumpenrad 34 und beim Turbinenrad 42 entspricht. Es bedeuten weiterhin ho. Wo und Wo die relative Strömungsgeschwindigkeit am Austritt de; Pumpenrades, des Turbinenrades und des Leitrades be

den absoluten Strömungsgeschwindigkeiten vo, V₀ unc Κ.', deren tangentiale Komponente mit so. So und So' bezeichnet ist. Aus dieser Darstellung ist herleitbar und mittels bekannter Berechnungsmethoden berechenbar daß bei jeder vorgegebenen Strömungsgeschwindig

ίο keit der Wandlerflüssigkeit das Drehmomentverhältni: in dem Ausmaß wächst, wie der eine Leitradteil 62 zu nehmend aus der in Fig.4 gestrichelt gezeichnetet Lage in die in ausgezogenen Linien dargestellte Lag< gebracht wird. Diese letztere Lage wird dann einge

stellt, wenn der Wandler mit hoher Leistung arbeiter soll, wobei dann davon auszugehen ist, daß dann dei Eintrittsbereich des Leitradteils 64 in einem entspre chend größeren Ausmaß ausgerichtet ist zu dem Vek tor der absoluten Strömungsgeschwindigkeit. Dies be deutet, daß bei einem Drehzahlverhältnis von Null ein kontinuierliche Strömung durch das Leitrad hindurc stattfindet und jegliche Stoßverluste vermieden wer den. Gleiches trifft auch zu für die höheren Drehzah Verhältnisse, bei denen dann wieder davon auszugehe ist, daß bei der entsprechenden Winkelstellung des hin teren Leitradteils 62 der vordere Leitradteil 64 eini Lage einnimmt, in welcher praktisch eine Ausrichtunf zu dem Vektor der absoluten Strömungsgeschwindig keit vorliegt. Was weiterhin den sogenannten Größen faktor des Drehmomentwandlers anbetrifft, so gilt dies bezüglich, daß derselbe immer dann größer wird, wen der hintere Leitradteil 62 in die Stellung für eine höh Leistung gebracht wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem aus wenigstens zwei starren Teilen bestehenden Leitrad, bei dem jedes Leitradteil um eine radiale Achse verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die einen vorlaufenden und einen nachlaufenden Schaufelabschnitt bildenden, sich zu einer einheitlichen Schaufelgeometrie ergänzenden Leitrad:eile (62, 64) an ihren einander gegenüberstehenden Enden im wesentlichen in der Gesamtschaufelgeometrie liegende Kanten (74, 78) haben und so miteinander gekoppelt sind, daß jede Verstellung des einen Leitradteils eine zwangsweise Verstellung des anderen Leitradteils in einer dazu entgegengesetzten Drehrichtung auslöst.

2. Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Leitradteile (62, 64) über eine an ihren gegenüberliegenden Kanten (74, 78) ausgebildete mechanische Gelenkverbindung (72,76) miteinander verbunden sind.

3. Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkverbindung aus einem an der einen Kante (74) angeordneten Stift (76) und einem in der anderen Kante (78) ausgebildeten Führungsschlitz (72) für diesen Stift besteht.

4. Drehmomentwandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Kanten (74, 78) der beiden Leitradteile (62,64) einen stufenförmigen Versatz haben und die Gelenkverbindung (72,76) zwischen den korrespondierenden Vorsprüngen an den beiden Kanten geschaffen sind.

5. Drehmomentwandler nach einen¹ der Ansprüche I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der beiden Leitradteile (62, 64) zwischen zwei Begrenzungsanschlägen (80,82) verstellbar ist.

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