DE1966294B2 - Schaufelkranztragende Baueinheiten eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers. Ausscheidung aus: 1902189 - Google Patents

Description

Umfangsrichtung erlaubt trotzdem eine e.uch unter den im Betrieb vorkommenden Tempcraturschwankungen ausreichende Zentrierung und gestattet die Übertragung aller auch unter extremen Bedingungen im Betrieb auftretende Drehmomente. Die in der s Serie erzielbare Herstellungsgecauigkeit ist, wie Versuche ergegen haben, so groß, daß die Wirkungsgrade der in der laufenden Fertigung hergestellten Getriebe innerhalb eines Toleranzbereiches von 1 °/o verbleiben, und zwar auch bei Drehmomentwandlern mit hohem Leistungsvermögen, die sonst empfindlich gegenüber Abweichungen in der Formgenauigkeit sind. Demgegenüber betragen bei den nach bisherigen Konstruktions- und Fertigungsprinzipien hergestellten Drehmomentwandlern der in Frrge stehenden Art die Abweichungen bis zu 5 ⁿ/o. Die Erfindung schafft somit einen Drehmomentwandler hoher Leistungsfähigkeit und großer Anpassungsfähigkeit nicht nur im Prototyp, sondern auch in der laufenden Serie bei gleichzeitiger Erzielung niedriger Herstellungskosten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einiger in der Zeichnung dargestellter Auiführungsbeispiele von verschiedenen Bauteileverbindungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die obere Hälfte eines Längsschnittes durch einen Drehmomentwandler nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt durch den Turbinenteil des Wandlers nach IU-IIl in F i g. 2,

F i g. 4 eine Teilansicht des Kernrings des Turbinenteils nach F i g. 3 in Richtung der dortigen Pfeile IV-IV,

F i g. 5 eine Schraubverbindung für ein Schaufelblatt in der zweiten Turbinenstufe im Schnitt nach Linie V-V in Fi g. 3,

F i g. 6 einen Querschnitt durch ein Schaufelblatt der zweiten Turbinenstufe in größerem Maßstab und

F i g. 7 ausschnittsweise einen Querschnitt durch die Radscheibe des Turbinenteils und die sie tragende Welle.

Der in F i g. 1 dargestellte hydrodynamische Drehmomentwandler ist ein sogenannter zweistufiger Wandler. Ein rotierendes Wandlergehäuse 10 bildet sein Primärglied und trägt einen Kranz Pumpenschaufeln 12, die mit einem Kernring 14 verbunden sind. Ein drehbar innerhalb des Gehäuses 10 auf einer Welle 16 angeordnetes Turbinenrad 16 α ist der Träger der Schaufeln 18 einer zweiten Turbinenstufe, deren innere Enden einstückig mit einem Kernring 20 ausgebildet sind. Letzterer trägt seinerseits die Schaufeln 22 einer ersten Turbinenstufe.

Zwischen den beiden Turbinenstufen befindet sich ein Leitrad 24 mit einem daran angeordneten Kranz von Leitschaufelblättern 26, die an ihren inneren Enden durch einen Ring 28 miteinander verbünden sind. Die Schaufelkränze 12, 22, 26 befinden sich innerhalb des rotierenden Gehäuses 10 in einer toroidförmigen Arbeitskammer 30, in welcher die Arbeitsflüssigkeit die Schaufelkränze in der vorerwähnten Reihenfolge durchströmt, wobei die Arbeitskammer 30 innen von den Kernringen 14, 20 und 28 und außen von dem Gehäuse 10, der Turbinenradscheibe 16 a, einem Teil des Leitrades 24 und einem Außenring 22 a begrenzt ist, der als Träger des Schaufelkranzes 22 der ersten Turbinenstufe mit dieseD Schaufeln einstückig ausgebildet ist.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, sind die Schaufelblätter in Längsrichtung konisch ausgebildet, und der Querschnitt der Schaufelblätter in Ebenen normal zu ihren Hauptachsen besitzt die gleiche Grundform und ändert sich nur in der Größe längs der Blätter. Auf diese Weise ist es möglich, bei der Herstellung der Schaufelblätter für die Massenproduktion geeignete Gießtechniken anzuwenden. Eine solche Konstruktion der Schaufelblätter hat nicht nur die Aufrech ^erhaltung eines gleichbleibenden Wirkungsgrades zur Folge, sondern verbessert darüber hinaus in unerwarteter Weise den Wirkungsgrad absolut. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, in der Lage zu sein, die Bauteile des Schaufelblattsystems ohne spanende Bearbeitung auch nur eines dieser Bauteile zusammenbauen zu können.

Die Mittel zur Zentrierung und Bestimmung der relativen Winkelstellung zwischen zwei miteinander verbundenen Teilen des Schaufelblattsystems gehen aus den F i g. 2 bis 7 hervor. Grundsätzlich sind die Schaufelblätter einstückig mit einer Scheibe oder einem Kernring ausgebildet, und ihre freien Enden sind durch einen anderen Kernring oder eine andere Scheibe, an denen die Schaufelblätter entweder unlösbar oder lösbar befestigt sind, verbunden. Um die Konzentrizität und die richtigen Winkelstellungen zu gewährleisten, ist eines der Bauteile, beispielsweise der Schaufelkranz an den freien Schaufelblattenden mit Vorsprüngen von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt versehen, während das andere Element wie z. B. der Kernring oder die Scheibe, die schlechthin als Ringteile zu bezeichnen sind, mit entsprechenden rechteckigen Ausnehmungen versehen ist. Die Vorsprünge und die Ausnehmungen befinden sich im formschlüssigen Eingriff in Umfangsrichtung, während in radialer Richtung ein verhältnismäßig großes Spiel vorhanden sein kann.

Beispielsweise sind die gemäß der Darstellung in F i g. 1 von dem Gehäuse 10 getragenen Pumpenschaufelblätter 12 einstückig mit dem Kernring 14 ausgebildet. In ähnlicher Weise sind die von dem scheibenförmigen Leitrad 24 getragenen Leitschaufeln 26 mit Vorsprüngen 25 von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt versehen, die gegen entsprechende Ausnehmungen 27 des Kernrings 28 eingreifen. Da der Leitschaufelkranz eine in sich feste Baueinheit ist, sind die Vorsprünge 25, wie in F i g. 1 dargestellt, vernietet, um den Kernring 28 für immer in Stellung am Leitschaufelkranz zu halten.

Um demgegenüber den ersten und den zweiten Turbinenschaufelkranz 22 bzw. 18 zerlegbar zu gestalten, ist der Außenring 22 α des ersten Turbinenschaufelkranzes 22 in einem Stück mit den Schaufelblättern gegossen, und es setzen an diesen Gußzapfen 22 b von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt an (F i g. 2 und 4), die in entsprechend geformte Löcher 23 im Kernring 20 eingreifen. Durch Bohrungen in den Schaufelblättern 22 und den Gußzapfen 22 b erstrecken sich im Außenring 22 α verankerte Zugbolzen 21, mittels welcher die Schaufelblätter 22 mit dem Kernring 20 durch auf die Bolzen 21 aufgedrehte Muttern 29 verschraubt sind.

In ähnlicher Weise sind die Schaufelblätter 18 der zweiten Turbinenstufe in einem Stück mit dem Kernring 20 gegossen, und es sind dabei an den freien Enden der Schaufelblätter rechteckige Vorsprünge 19

angeformt, die in entsprechend geformte Ausnehmungen 17 der Scheibe 16 α eingreifen. Die Schaufelblätter und deren Vorsprünge sind mit Gewindelöchern zur Aufnahme von Befestigungsbolzen 31 versehen, die durch das Turbinenrad 16 α je ein Schaufelblatt 18 und den Kernring 20 hindurchgeführt und mittels Muttern 32 verschraubt sind, um die vorerwähnten Bauteile zusammenzuhalten (F i g. 3).

Das vorbeschriebene System von Vorsprüngen und Ausnehmungen wirkt dergestalt, daß die diametral mit Bezug auf die Drehachse einander gegenüberliegenden Vorsprünge und Ausnehmungen die relative Stellung der miteinander verbundenen Teile in einer Richtung senkrecht zu dieser diametralen Verbindungslinie zwischen den Vorsprüngen und Ausnehmungen bestimmt. Auf diese Weise sorgen zwei Paare von um 90° zueinander im Winkel versetzten, diametral gegenüberstehenden Vorsprünge und Ausnehmungen wechselseitig für die Bestimmung der relativen Lage der Teile, und dies wird nur durch die notwendige Toleranz zwischen den Breiten der Vorsprünge und Ausnehmungen beeinflußt, wodurch jede Abweichung von der theoretischen Gestalt zwischen den diametral gegenüberliegenden Vorsprüngen und Ausnehmungen im wesentlichen vollständig eliminiert ist.

Das Problem der Anpassung des Präzisionsgußverfahrens an die Teile des Schaufelblattsystems umfaßt auch die Lösung des Problems der Befestigung der Turbinen- und Leitschaufelteile an den entsprechenden Wellen, z.B. des Turbinenrads 16ο an der Welle 16 ohne Verwendung aufwendiger Methoden. Das Problem, obgleich ähnlich dem zur Befestigung zwischen den Schaufelkränzen und Ringteilen in der oben beschriebenen Weise, hat doch den wesentlichen Unterschied, daß die Schrumpfung der Teile beim Gießen in der Form von den unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen beeinflußt wird, die auftreten, wenn beispielsweise eine Aluminiumnabe auf einer Stahlwelle angeordnet wird, und unter diesen Umständen wäre es unvernünftig, Schrumpfverbindungen anzuwenden, und es würde unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten auch nicht praktikabel sein,

ίο mit eingegossenen Lagerbuchsen zu arbeiten.

F i g. 7 zeigt in diesem Zusammenhang, wie eine Verbindung zwischen einer Aluminiumnabe und einer Stahlwelle derart hergestellt werden kann, daß praktisch der Einfluß der Ausdehnung der Nabe durch Temperaturanstieg auf den Sitz zwischen Nabe und Schaft ausgeschaltet wird. Die geringe Festigkeit des Materials mit größerer Wärmeausdehnung wird dadurch kompensiert, daß der Durchmesser der Welle (Stahl) und der Durchmesser der Nabe (AIuminium) so gewählt werden, daß sie sich sowohl der Festigkeit der beiden Materialien wie auch der Anzahl der verwendeten Zähne anpassen, so daß die ineinandergreifenen Oberflächen das Material mit der geringeren Festigkeit kompensieren.

Wie F i g. 7 zeigt, erbringt die Breite α der Zähne an der Welle (oder einer aus Stahl bestehenden Hülse) dieselbe Tragfähigkeit wie die Zähne der äußeren Nabe, die beispielsweise aus Aluminium besteht und eine Zahnbreite b besitzt.

Die vorerwähnten Merkmale sind bei allen Produktionseinheiten anwendbar, und die Kosten dieser Einheiten werden, weil sie nun die Anwendung des Präzisionsguß Verfahrens gestatten, bis zu 50°/o gesenkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

ring (22A) unter Verjüngung zum Toroidkern Patentansprüche: hin, die Schaufelblätter (26) eines Leitschaufelkranzes einstückig mit einem die toroidförmige

1. Schaufelkranztragende Baueinheiten eines Arbeitskammer nach außen hin begrenzenden hydrodynamischen Drehmomentwandlers, deren 5 Radscheibe (24) unter Verjüngung ebenfalls zum Schaufelkränze jeweils mit einem der sie ein- Toroidkern hin und die Schaufelblätter (18) eines schließenden Ringelemente zu einem einzigen zweiten Turbinenschaufelkranzes entweder ein-Gußteil zusammengefaßt sind, wobei eines der stückig mit einer die toroidförmige Arbeitskam-Ringelemente in der Schaufelkranzeinheit von mer nach außen begrenzenden Radscheibe (16 a) einem drehfest auf einer Wandlerwelle angeord- io oder einem einen Kernteil der toroidförmigen Arneten Radscheibe gebildet ist, dadurch ge- beitskammer bildenden Seitenring (20) unter kennzeichnet, daß die eine Baueinheit bil- Verjüngung zu ihrem freien Ende hin ausgebildet dendcn Teile (18, 20; 22; 16-4; 16) ausschließ- sind.

lieh durch in Umfangsrichtung formschlüssigen

Eingriff mehrerer, paarweise diametral zur Dreh- 15
achse einander gegenüberliegender, um die Drehachse verteilter und radial zu dieser mit Spiel in- Die Herstellung von schaufelkranztragenden Baueinandergreifender Vorsprünge bzw. Ausneh- einheiten von hydrodynamischen Wandlern der im mungen (z. B. 18 A bzw. 16 E) erfolgt, deren die Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgeführten Gattung Zentrierung bewirkende Flanken zumindest bei 20 erfordert sehr hohe Werkzeugkosten, besonders dort, einem der miteinander verbundenen, in einem wo Drehmomentwandler für Kraftfahrzeuge herge-Präzisionsgußverfahren hergestellten Bauteile un- stellt werden sollen. In solchen Fällen ist eine Herabbearbeitet sind. setzung der Herstellungskosten unter dem Gesichts-

2. Wandlerbaueinheit nach Anspruch 1, da- punkt der ständigen Aufgabe, alle Kosten zu senken, durch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Paare 25 äußerst erwünscht. Für die Herstellung hydraulischer von Vorsprüngen und Ausnehmungen geradzah- Drehmomentwandler bestand bisher nur die Mög-Hg ist. lichkeit, entweder einen Drehmomentwandler mit

3. Wandlerbaueinheit nach Anspruch 1 oder 2, verhältnismäßig geringem Leistungsvermögen eindadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelblätter fach und billig herzustellen oder einen Hochlei-(22, 26,18) an den vom einstückig mit ihnen aus- 30 stungswandler mit Drehmomentvervielfachung und geführten Ringelement (22 A, 24, 20) wegweisen- gutem Wirkungsgrad zu schaffen, der dann jedoch den Enden axiale Ansätze (18 A) tragen, deren in die Anwendung teurer Fertigungsmethoden erfor-Umfangsrichtung weisende Seitenflächen parallel derte und folglich auch selbst entsprechend teuer ausgebildet sind und die in entsprechend ge- war.

formte Durchbrechungen oder Ausnehmungen 35 Die bisher für die billigen Typen von Drehmo-

(16 E) des zweiten Ringelementes (2C, 28, 16 a) mentwandlern benutzten Herstellungsmethoden be-

mit Radialspiel eingreifen. stehen entweder darin, Stanzteile aus Stahl miteinan-

4. Wandlerbaueinheit nach Anspruch 3, da- der zu verschweißen oder vergleichsweise rohe, im durch gekennzeichnet, daß die Ansätze (18 A) in- Feingußverfahren hergestellte Schaufelblattkomponerhalb der Durchbrechungen oder Ausnehmun- 40 nenten zu verwenden. Beide Herstellungsmethoden gen (16 E) mit Gleitsitz in Radialrichtung geführt erlauben nur den Bau von Wandlern mit verhältnissind, mäßig geringen wirtschaftlich ausnutzbaren Drehmo-

5. Wandlerbaueinheit nach Anspruch 1 oder 2, mentübersetzungsverhältnissen beim Anfahren und dadurch gekennzeichnet, daß die drehfeste Ver- im Betrieb.

bindung zwischen der Radscheibe und der Welle 45 Wandler mit großer Drehmomentübersetzung und in an sich bekannter Weise mittels einer Keilwel- gutem Wirkungsgrad werden bis jetzt entweder mit lenverbindung mit parallelen Flanken der Keile gezogenen Schaufelprofilen hergestellt, die an den sie (16 b) bzw. Keilnuten vorgenommen ist, wobei einschließenden Ringeiementen vernietet sind, oder die radiale Keilhöhe im Verhältnis zu der über sie enthalten gefräste Profile, die beispielsweise mit den Umfang gemessenen Keilbreite (β, b) derart 50 den Ringelementen hartverlötet sind. Es ist auch bebemessen ist, daß die Keile der Welle (16) und kannt, die Schaufeln von für die Übertragung hoher die Keile der Radscheibe (16 a) die gleiche Trag- Leistungen vorgesehenen Drehmomentwandlern, bei fähigkeit in bezug auf das zu übertragende Dreh- denen die Kosten für die Schaufelherstellung nicht so moment besitzen. stark ins Gewicht fallen, aus Stahlrohlingen mit Hilfe

6. Wandlerbaueinheit nach Anspruch 5, da- 55 von Profilfräsmaschinen herzustellen.

durch gekennzeichnet, daß die Welle (16) aus Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für die Stahl und die Radscheibe (16A) in bekannter Herstellung von schaufelkranztragenden Baueinhei-Weise aus Aluminium hergestellt sind und daß in ten eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers bekannter Weise das Verhältnis der in Umfangs- zu schaffen, durch welchen sich ein hohes Leistungsrichtung gemessenen Keilbreite (α bzw. b) zur ra- 60 vermögen, d. h. also ein guter Wirkungsgrad, auch bei dialen Keilhöhe bei den Keilen (16 c) der Rad- Herstellung in der Großserie unter Vermeidung der scheibe (16 a) größer ist als bei den Keilen (16 b) bisher zur Erzielung dieses Ergebnisses erforderlider Welle (16). chen hohen Fertigungskosten erhalten läßt.

7. Wandlerbaueinheit nach einem der An- Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die 65 Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Schaufelblätter (22) eines ersten Turbinenschau- Durch die Erfindung werden die Herstellungskofelkranzes einstückig mit einem die toroidförmige sten wesentlich gesenkt. Der gegenseitige formschlüs-Arbeitskammer nach außen begrenzenden Seiten- sige Eingriff der Vorsprünge und Ausnehmungen in