DE2314492A1

DE2314492A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler

Info

Publication number: DE2314492A1
Application number: DE19732314492
Authority: DE
Inventors: Karl Haide
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Muenchen GmbH
Current assignee: MTU Aero Engines GmbH; Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1973-03-23
Filing date: 1973-03-23
Publication date: 1974-10-10
Also published as: DE2314492B2; FR2222580B1; CH572585A5; FR2222580A1; IT1003794B; ES424456A1; DE2314492C3; US3888082A; JPS571713B2; GB1441527A; JPS5040958A

Description

MOTOREN- UND TURBINEN-UNION 9 Q1 / / Q O

PRIEDRICHSHAPEN GMBH 4.Ol HHV Z

Priedrichshafen

Hydrodynamischer Drehmomentwandler

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für größere übertragbare Leistungen mit einem zentrifugal durchströmten Pumpenrad, einem zentripetal durchströmten Turbinenrad, beide mit einfach gekrümmten Schaufeln und ebenen und/oder kegeligen Radseitenwänden, mit einem Turbinenrad-Austrittsdurchmesser etwa gleich groß wie der Pumpenrad-Eintrittsdurchmesser, und mit einem in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Pumpenrad angeordneten Leitrad und einem weiteren, unmittelbar nach dem Turbinenrad angeordneten Leitrad, beide vorzugsweise ebenfalls mit einfach gekrümmten Schaufeln.

Derartige hydrodynamische Drehmomentwandler werden bevorzugt in Kraftübertragungen verwendet, in denen die Drehmomentübersetzungseigenschaften des Wandlers nur zeitweise benötigt werden, und in' der übrigen Zeit der Wandler durch eine mechanische Kupplung überbrückt werden soll. .

Durch die beschriebene Anordnung der Schaufelräder kommt bei überbrücktem Wandler, also bei gleichen Drehzahlen des Pumpen- und Turbinenrades, der Flüssigkeitskreislauf in den Strömungskanälen der Schaufelräder zum Stillstand. Ohne den Wandler mittels aufwendiger Füll- und Entleervorrichtungen und dem erforderlichen Zeitaufwand entleeren und für den nächsten Wandlerbetrieb wieder füllen zu müssen, wird dadurch die Bremswirkung des gefüllten und überbrückten Wandlers weitgehend vermieden. Eine geringe

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Bremswirkung wird bei deri hier angesprochenen Wandlern mit höheren Übertragungsleistungen bis ca. 2500 PS in Kauf genommen, um auf die bei kleineren Wandlern bekannte, etwas aufwendige . Maßnahme zur Ausschaltung jeglicher Bremswirkung, die Leiträder drehbar auszubilden und über Freilaufe abzustützen, verzichten zu können.

3>ie Verwendung -von einfach gekrümmten Schaufeln ermöglicht eine einfaeiie und genaue spanabhebende Herstellung der Schaufeln mit sehr guter Oberflächenqualität für günstige Strömungseigenschaften bei ausreichender, für höhere Übertragungsleistungen erforderlicher mechanischer Festigkeit der Schaufeln .und Schaufelräder.

Aufgabe der Erfindung ist es, <iie Eigenschaften von Wandlern der beschriebenen Bauart zu verbessern,

gelöst wird diese Aufgabe durch die Anwendung folgender Jferkmalej

a) die radiale Länge der,Türbinenbeschäufe lung ist größer als dee mittleren Durchmessers der Turbinenbeseiiaufelungj

b) die Schaufelteilwig des ISirblnenrades am mittleren Buröli messer der Turbinenbeschaufelung beträgt j5ü^ bis 50$ der radialen Länge der Turbinenradsehaufeln;

c) die lichte Weite Jedes Schaufelkanales am Austritt des ^urbijymraäes ist kleiner als 35^ der Schaffe iteilimg*

Gegenüber den bisher ausgeführten bekannten Wandlern dieser Bauart wird dureii die Erfindung eine Erhöhung des Priiaärdrefa

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momentes bei Drehzahlverhältnissen zwischen Turbinenrad-zu Pumpenraddrehzahl ~ von 0 bis etwa 0,4, also bei kleinen Ab-

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triebsdrehzahlen, erzielt. Gleichzeitig ergibt sich in diesem-Bereich eine Verbesserung des Verhältnisses Sekundärmoment zu Primärmoment. Beide Verbesserungen, die zusammen besonders günstige Anfahreigenschaften des Wandlers ergeben, werden zudem noch- bei geringerem Wandlerfülldruck erzielt. Außerdem wird durch die Erfindung der Wirkungsgrad im gesamten Betriebsbereich, also bei Drehzahlverhältnissen zwischen 0 und 1, vor allem aber zwischen 0 und 0,7 verbessert.

Besonders günstige Ergebnisse erzielt man, wenn die Schaufelteilung des Turbinenrades am mittleren Durchmesser der Turbinenbeschaufelung zwischen 37$ und 42$ der radialen Länge der Turbinenschaufeln beträgt und wenn die lichte Weite jedes Schaufelkanals am Austritt des Turbinenrades zwischen 22$ und 30$ der Schaufelteilung beträgt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die lichte Weite der Turbinen-Schaufelkanäle am mittleren Durchmesser der Turbinenbeschaufelung etwa 4o bis 50$ der Schaufelteilung. Dadurch können bei günstiger Profilierung der Schaufelkanäle dicke Schaufelköpfe an den Turbinenschaufeln für verlustarmen Eintritt der Strömung in das Turbinenrad über den gesamten Drehzahlbereich ausgeführt werden.

Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades, besonders im Drehzahlverhältnisbereich zwischen 0,4 und 1 ergibt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung dadurch, daß die Breite der Schaufelkanäle des Turbinenrades am mittleren Durchmesser der

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Turbinenbeschaufelung bzw. die gleichbleibende Breite der Schaufelkanäle gleich oder größer als 8% der Summe der lichten Weiten der Schaufelkanäle am Austritt des Turbinenrades ist, wobei besonders optimale Werte erreicht werden, wenn die Breite der Schaufelkanäle des Turbinenrades am mittleren Durchmesser der Turbinenbeschaufelung bzw.-die gleichbleibende Breite der Schaufelkanäle etwa 9$ bis 15^ der Summe der lichten Weiten der ScnaufelkanEle am Austritt des ^Turbinenrad^ ist.

Um die für verscniedene Anwendungsfälle erwünschte bzw. erforderliche Regelbarkeit der Eingangsleistung des Drehmomentwandlers zu. erhalten, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung das in Stromungsriohtung unmittelbar vor dem Pumpenrad angeordnete Leitrad mit im Betrieb schwenkbaren Schaufeln ausgerüstet.·

Ein Äusführungsbeispiel des erfindwigsgemäßen Wandlers, ist in den Figuren dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Die Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Wandler gemäß der Erfindung,

die Fig. 2 einen Schnitt durch die lurbinenbeschaufelung senkrecht zur Wandlerachse.

Der in Pig* 1 im Längssennitt gezeigte Drenmoraentwandler weist ein mit einer Antriebswelle 11 fest verbundenes umlaufendes Wandlergehäuse 12 auf. Mit dem Wandlergehäuse 12 verbunden ist ein Wandlerpumpenrad 13 mit einfach gekrümmten Pumpenradschau-. fein 1'4. BIe Pumpenrad schaufeln 14 und" die von ihnen gebildeten Strömungskanäle im Pumpenrad 1j5 werden außen durch eine kegeii-

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ge Seitenwand 15, innen durch eine ebene Seitenwand 16 begrenzt. Auf der dem Pumpenrad gegenüberliegenden Seite des Wandlers ist ein mit einer Abtriebswelle 17 verbundenes Turbinenrad 18 mit ebenfalls einfach gekrümmten Turbinenradschaufeln 19 angeordnet. Die Turbinenradschaufeln 19 und damit auch die Strömungskanäle 20 im Turbinenrad werden außen und innen durch ebene Seitenwände 21 und 22 begrenzt. Wie beim Pumpenrad kann auch beim Turbinenrad die äußere Seitenwand kegelig ausgebildet sein, oder es können jeweils beide Seitenwände des Pumpenrades wie auch des Turbinenrades kegelig ausgebildet sein.

Der Austrittsdurchmesser D_TA des Turbinenrades ist etwa gleich groß wie der Eintrittsdurchmesser Dp„ des Pumpenrades.

Ein Leitrad 23 mit Leitschaufeln 24 ist mit einem feststehenden Leitradträger 25 verbunden und in der durch einen Pfeil gekennzeichneten Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Pumpenrad 13 angeordnet. Ein weiteres Leitrad 26 mit Leitschaufeln 27 ist ebenfalls mit dem feststehenden Leitradträger 25 verbunden und in Strömungsrichtung unmittelbar nach dem Turbinenrad 18 angeordnet. Die Leitschaufeln 24 und 27 sind vorzugsweise ebenfalls einfach gekrümmt.

Pur bestimmte Anwendungsfälle des Wandlers, wo eine Regelbarkeit der Wandleraufnahmeleistung wünschenswert oder erforderlich ist, können die Leitradschaufeln 24 des Leitrades 23 schwenkbar . ausgeführt sein. Eine dazu geeignete, von außen bedienbare Einrichtung ist allgemein bekannt und der Einfachheit halber in der Fig. 1 nicht dargestellt.

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In Pig. 2, die einen Abschnitt der Turbinenbeschaufelung mit einigen Turbinenschaufeln 19 und den Strömungskanälen 20 im Schnitt zeigt, ist die radiale Länge der Turbinenschaufeln mit Iw der mittlere Durchmesser der Turbinenbeschaufelung mit D_Tm und die Schaufelteilung mit t bezeichnet. IW. ist die lichte Weite eines Strömungskanals 20 am Turbinenrad-Austritt, iW_ffl die lichte Weite eines Strömungskanals 20 am mittleren Durchmesser D™ der Turbinenbeschaufelung und d die Schaufeldicke am mittleren Durchmesser D? der .Turbinenbeschaufelung.

Die Maßnahmen der Erfindung, die eine beachtliche Verbesserung der Eigenschaften der beschriebenen Wandlerbauart erzielen, bestehen hauptsächlich in der besonderen Ausbildung der in Pig. gezeigten Beschaufelung des Turbinenrades.

Entsprechend der Erfindung beträgt die radiale Länge L^ der Turbinenbeschaufelung mindestens 15^ des mittleren Durchmessers der Turbinenbeschaufelung D„ , die Schaufelteilung t des Turbinenrades 18 beträgt zwischen 30^ und 3Q$ der radialen. Länge L™ der Turbinen schaufeln 19 und die lichte Weite IW. jedes Schaufelkanals 20 am Austritt des Turbinenrades 18 ist kleiner als 35^ der Schaufelteilung t. ' .

Es ergeben sich hierdurch verhältnismäßig lange und enge düsenförmige Schaufelksnäle, in denen die Strömung gut geführt wird und infolge der Beschleunigung der Strömung die Strömungsverlust^ gering gehalten werden.

Bevorzugte Ausführungen mit besonders günstigen Eigenschaften erhalt aai, wenn die Scimufel teilung t des Turbinenrades 18

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am mittleren Durchmesser zwischen 37$ und 42$ der radialen Länge L^ der Turbinenschaufeln 19 beträgt, und wenn die lichte Weite IW. jedes Schaufelkanals 20 am Austritt des Turbinenrades 18 zwischen 22$' und 30# der Schaufelteilung t beträgt.

Die in einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagene Maßnahme, -nach der die lichte Weite IW der Turbinenschaufelkanä-

Ie 20 etwa 40# bis 50$ der Schaufelteilung beträgt, ermöglicht unter Beibehaltung einer günstigen Form der Schaufelkanäle 20 eine genügend dicke Ausbildung und geeignete Abrundung der Turbinenschaufelköpfe 28, um die Stoßverluste in der je nach

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Drehzahlverhältnis -?=■ dem Turbinenrad 18 in verschiedenen Ri ch-

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tungen zuströmenden Flüssigkeit klein zu halten.

Eine wirkungsvolle weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Breite b (Fig.1) der Schaufelkanäle 20 des Turbinenrades 18 bzw. die mittlere Breite b am mittleren Schaufeldurchmesser D_T bei Turbinenrädern mit einer oder zwei kegeligen Seitenwänden gleich oder größer als 8$, vorzugsweise zwischen 9$ und 15$ größer als die Summe der lichten Weiten IW. am Austritt des Turbinenrades 18 ist. Diese Maßnahme bewirkt, daß die im Interesse einer möglichst verlustarmen Strömung ausgeprägt düsenförmigen Schaufelkanäle 20 den im Wandler umlaufenden Flüssigkeitsstrom nicht unnötig drosseln.

Die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung durch die im Betrieb schwenkbaren Leitschaufeln 24 des vor dem Pumpenrad 13 angeordneten Leitrades 23 erzielte Regelbarkeit der Eingangsleistung des Wandlers ist z.B. bei Verwendung des Wandlers zu-

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sämmen mit einem aufgeladenen Dieselmotor als Fahrantrieb für schwere Landfahrzeuge erwünscht. Auf Grund der besonderen Charakteristik von aufgeladenen Dieselmotoren ist es z.B. beim Anfahren des Fahrzeuges für eine schnelle Beschleunigung der . Motordrehzahlen von der Leerlaufdrehzahl zur Nenndrehzahl vorteilhaft, wenn dazu die Eingangsleistung des Drehmomentwandlers herabgesetzt wird. Der Motor erreicht dabei sehr schnell seine Nenndrehzahl und damit seine Nennleistung., so daß er zusammen mit dem dann gleichzeitig wieder auf volle Aufnahmeleistung eingestellten Wandler mit seinen günstigen Anfahreigenschaften eine große Anfahrzugkraft und eine hohe Anfahrbeschleunigung des Fahrzeuges ermöglicht.

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Claims

Patentansprüche

1.) Hydrodynamischer Drehmomentwandler für größere übertragbare Leistungen mit einem zentrifugal durchströmten Pumpenrad und einem zentripetal durchströmten Turbinenrad, beide mit einfach gekrümmten Schaufeln und ebenen und/oder kegeligen Radseitenwänden, mit einem Turbinenrad-Austrittsdurchmesser etwa gleich groß wie der Pumpenrad-Eintrittsdurchmesser-, und mit einem in Strömungsrichtung unmittelbar vor dem Pumpenrad angeordneten Leitrad und einem weiteren, unmittelbar nach dem Turbinenrad angeordneten Leitrad, beide vorzugsweise ebenfalls mit einfach·gekrümmten Schaufeln, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die radiale Länge (L~) der Turbinenbeschaufelung ist größer als 15$ des mittleren Durchmessers (D_Tm) ^der Turbinenbeschaufelung;

b) die Schaufelteilung (t) des Turbinenrades (18) am mittleren Durchmesser (D_T ) der Turbinenbeschaufelung beträgt 3Q^ bis 5Q# der radialen Länge (Ly) der Turbinenradschaufeln (I9)i

c) die lichte Weite (1W_A) jedes Schaufelkanals (20) am Austritt des Turbinenrades (18) ist kleiner als der-Schaufelteilung (t).

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2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelteilung (t) des Turbinenrades (18) am mittleren. Durchmesser (D„ ) der Turbinenbeschaufelung zwischen yj% und 42$ der radialen Länge (L_T) der Turbinenschaufeln (19) "beträgt.

-3· Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch'gekennzeichnet, daß die lichte Weite (IW.) jedes Schaufelkanals am Austritt des Turbinenrades (18) zwischen 22$ und 30$ der Schaufelteilung (t) beträgt.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite (IW ) der Turbineii-Sehaufellcanäle (20) am m±ttieren Durchmesser {Dij™) der Turbinenbeschaufelung etwa 40$ bis 50$ der Schaufelteilung (t) betragt.

5* Hydrodynafflischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis kj, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (b) der Schaufelkanäle (20) des Turbinenrades (18) am mittleren Durchmesser (^„) der Turbinenbeschaufel^mg bzw. die gleichbleibende Breite (b) der Schaufelicanäle (20) gleich oder größer als S^ der Sunane der lichten Weiten {ϋί_Α) der Schaufelkanäle (20) am Austritt des Tuvbijaenraües (18) ist.

6. Hydrodynamischer Drehmoinentwandler nach. Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, äaS die Breite (b) der Sohaufelkanäle (20) des Ihsrbinenrades (18) &m aiittleren Durclifliesser _ (D_1n-.) der Turbinenbeschaufelung bzw. die gleichbleibende Breite (b) der Schaufelteanäle (20) etwa ^ bis 15$ der

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Summe der lichten Weiten (Iw.) der Schaufelkanäle (20) am Austritt des Turbinenrades (18) ist.

7· Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das unmittelbar vor dem Pumpenrad (15) angeordnete Leitrad (23) mit im Betrieb schwenkbaren Schaufeln (24) ausgerüstet ist.

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