DE2334301A1 - Fluegelrad fuer eine turbineneinrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. Heinz Lesser, PutentanwoR D —8 München 81, CosimcsttaCe εΐ · Telefon: (0811) 95 3Β 20

Kabushiki Kaisha Daikin Seisakusho L 10.134/Fl/km 250, 1-chome, Kida-Motomiya 5.7.1973

Neyagawa-Shi, Osaka/ 3apan

Flügelrad für eine Turbineneinrichtung

Die Erfindung betrifft ein Flügelrad für eine Turbineneinrichtung, wie einen Drehmomentenwandler oder eine Flüssigkeitskupplung, mit einem Gehäuse und in diesem festgelegten Flögelblättern sowie einem an Innenrand der Flügelblätter angeordneten Innenring.

Bekannte Flügelräder dieser Art können als antreibende Räder oder auch als angetriebene Räder eingesetzt werden und führen in dieser Reihenfolge auch die Bezeichnungen Pumpenrad bzw. Turbinenrad. Bei Flügelrädern bekannter Ausführung sind Flügelblätter mit vorbestimmten Außenprofilen zwischen dem Gehäuse und dem Innenring angeordnet, deren Festigkeit begrenzt ist, da jedes Flügelblatt mittels einiger Vorsprünge an seinem Innen- und Außenrand in am Gehäuse und Innenring vorgesehene entsprechende Rillen bzw. Schlitzer eingeführt und gehalten sind. Je höher der auf die Flügelblätter einwirkende Druck der Arbeitsflüssigkeit wird, desto mehr Verformungen, Vibrationen und Versetzungen der Flügelblätter treten auf.

Bekanntlich herrschen im Gehäuse des Flügelrades eines herkömmlichen Drehmomentenwandlers oder einer Flüssigkeitskupplung für ein Fahrzeug Drücke der Arbeitsflüssigkeit von

309885/0999

Dipl.-Ing. Heinz lesser. Patentanwalt D- 8 München 81. CorirrattiaCe 81 ■ Tcicic·.; (0811) 55 33 SO

3 oder auch 4 kg/cm oder auch weniger. Man weiB auch bereits, daß in der Arbeitsflüssigkeit (Öl) vorhandene Luft oder Gas zu Hohlraumbildungen (Bläschen) führt, eine Erscheinung, die die Leistung der Turbineneinrichtung beeinträchtigt. Diese negativen Wirkungen werden umso geringer, je höher der Druck gewählt wird. Bei einem Flügelrad der bekannten, vorstehend geschilderten Art kann jedoch aufgrund der geringen Stabilität der Konstruktion nur ein entsprechend kleiner Arbeitsdruck gewählt werden; auch dann noch nimmt die Leistungsfähigkeit im Laufe des Betriebs nach und nach ab, da sich Lage und Winkel der Verbindungspunkte zwischen den Flügelblättern und den anliegenden Teilen sowie die Form der Flügelblätter leicht verändern können. Darüberhinaus sind auch die Herstellkosten des bekannten Flügelrads verhältnismäßig hoch, da viele Einzelteile erforderlich sind und die Montage dieser Teile aufwendig ist.

Mit der Erfindung soll demgegenüber ein Flügelrad der eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, das hinsichtlich der Beibehaltung der Form und Lage im Gehäuse wesentlich stabiler ist und sich einfacher herstellen läßt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß jedes Flügelblatt an mindestens einem Teilbereich seiner Innen- und/oder Außenberandung eine Rippe aufweist und über diese Rippe an dem Gehäuse und/oder dem Innenring festgelegt ist.

Mit einer solchen Rippe wird der jeweilige Randbereich des Flügelblattes gegen Verformungen aus der Blattebene heraus versteift, die Rippe bietet eine größere Anlagefläche an dem Gehäuse und/oder dem Innenring und erlaubt die Ausbildung von Positionierungshilfen und/oder Ausbildungen zur Festlegung des Flügelblattes am Gehäuse bzw. Innenring. Dieser Vorteil wird bereits erreicht, wenn nur ein Bereich der Berandung,

309885/0999

Dipi.-hg. Heinz Le«er. Pcleptonwa't D — 8 München 81, Co»; «oslioßo 81 · f.;L-icv-,_: (C811) 95 3f 20

beispielsweise nur der Außenrand oder nur der Innenrand, mit einer solchen Rippenausbildung versehen ist; in bevorzugter Ausführung befinden sich sowohl am Innenrand als auch am AuBenrand der Flügelblätter jeweils Rippen. Diese Rippen sind bevorzugt einstückig an den Gehäuseblättern ausgebildet, was man durch einen entsprechenden Pressverformungsvorgang aus einem Blechteil heraus erreichen kann.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführung sind jeweils zwei Blätter durch eine Rippe miteinander verbunden, diese Rippe befindet sich dabei vorzugsweise am AuBenrand und dient der Festlegung an der Innenwand des Gehäuses. Die Rippe mit den beiden Flügelblättern bildet bevorzugt ein einstückig hergestelltes Bauteil. Auch hier kann wieder ein entsprechender Pressverformungsgang angewendet werden.

Die erfindungsgemäB ausgebildeten Flügelblätter sind nicht nur formstabil, sie bieten auch die Möglichkeit der genauen und schnellen Festlegung an dem Gehäuse bzw. dem Innenring, dies ermöglicht eine wirtschaftliche Herstellung und Montage.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch die obere Hälfte eines erfindungsgemäB ausgestalteten Drehmomentwandlers,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf die Innenseite eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäB ausgestalteten Flügelrades,

Fig. 3· eine Teilansicht eines Schnittes durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäB ausgestalteten Flügelrades,

Dipl.-lng. Heinz Lesser, PatentonwoK D —8 München 81, Cosimastiaße 81 - Teie-fon: (C811) 95 38 JO

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3j

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf diB Innenseite eines weiteren AusführungsbeispiBles eines erfindungsgemäß ausgestalteten Flügelblattesj

Fig. 6 einB Teil-Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung»

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des in Fig. B enthaltenen einstückigen Gebildes zweier Flügelblätter mit gemeinsamer Rippe ι

Fig. 8 einen Schnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 und

10 Querschnittsdarstellungen nach dem Vorbild der Fig. 8 von weiteren Ausführungsbeispielen.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 allgemein ein Drehmoment wandler angegeben. Dieser Drehmomentwandler 10 besteht aus einem Antriebsflügelrad, d.h. einem Pumpenrad 11, einem angetriebenen Flügelrad, d.h. einem Turbinenrad 12 und einem Stator 13. .Das Pumpenrad 11 ist so ausgebildet, daß es Bewegungsenergie auf eine im Inneren des Gehäuses gehaltene Arbeitsflüssigkeit überträgt, das Turbinenrad 12 seinerseits erhält diese Bewegungsenergie von der Arbeitsflüssigkeit. Der Stator 13 ist bis zu einem bestimmten Eingangs-Ausgangs-Übersetzungsverhältnis festgelegt, um die Richtung der Flüssigkeit zu bestimmen und der Energieumwandlung zu dienen.

Das Pumpenrad 11 ist einem Motor-Schwungrad 14 zugeordnet. Eine

Dipl.-lng. Heinz lesser, Palentanwalt D- 8 München 81, Cosimostiaße 81 · Telefon: (can) 95 33 20

Antriebsplatte 15 ist in ihrem AuBenrandbereich mittels Bolzen 16 am Schwungrad 14 befestigt, der Innenrandbereich dieser Antriebsplatte ist mit Hilfe von Bolzen 17 an einer Nabe 18 und einem Haltering 19 festgelegt. Eine Achse 20 der Nabe 18 ist in einem LagBr 21 im Schwungrad 14 gehalten. Am Haltering 19 ist bei 23 eine weitere Antriebsplatte 22 angeschweißt, an deren äußeren Randbereich ein weiterer Haltering 25 durch eine Schweißnaht 24 festgelegt ist. An dem Haltering 25 ist mittels Bolzen und einem Abdichtungsring 28 flüssigkeitsdicht ein HaI-teteil 27 festgelegt, der das Flügelrad 11 umgibt.

Das Turbinenrad 12 ist mittels Nieten 29 an einer Keilnabe 30 befestigt, die ihrerseits mit einer Keilwellennut 32 auf einBr angetriebenen Welle, d.h. Turbinenwelle, 31 in Eingriff steht. Die Turbinenwelle 31 ist auf einem innen in der Nabe 18 und dem Haltering J9 angeordneten Lager 33 gehalten. Durch einen Ring 34 wird verhindert, daß die Welle 31 axial abrutschen kann.

Der Stator 13 ist vorzugsweise aus einem Stück gegossen und durch eine Einwegkupplung 36 auf einer festgelegten Muffe 35 gelagert gehalten. Eine Außenbahn 37 der Einwegkupplung 36 steht über eine Längsnut 38 mit dBm Stator 13 in Eingriff. Dadurch ist in bekannter Weise während des Beschleunigungsvorganges der Umwandlung des Drehmomentes bis zu einem bestimmten Ausgangs-Eingangs-Übersetzungsverhältnis der Stator 13 an der ortsfesten Muffe 35 festgehalten, während bei Betriebsverhältnissen oberhalb dieses Übersetzungsverhältnisses der Stator in gleicher Richtung dreht wie das Pumpenrad 11 bzw. das Turbinenrad 12, wodurch der Wandler als Flüssigkeitskupplung arbeitet.

Die Erfindung kann auf das Pumpenrad 11 oder auf das Turbinenrad 12 oder beide angewandt werden. Die Darstellung des Pumpenrades 11 umfaßt ein Gehäuse 39, ein an der Innenfläche des Ge-

30988b/ü999

Dipl.-lng. Heinz Lesser, Patentanwolt D —8 München 81, Cosimostraße 61 · Telefon: (0811) 95 33 20

-B-

häuses festgelegtes, mit Rippen versehenes Flügelblatt 40 Und einen am Innenrand des Rippen-Flügelblatts 40 festgelegten Innenring 41. Das Gehäuse 39 ist aus einer Stahlplatte gepreßt und weist eine halbtoroidförmige Innenfläche aufj es ist über einen äußeren ringförmigen BerBich durch Schweißung bei 42 mit dem Halteteil 27 verbunden und über einen inneren ringförmigen Bereich an einer Pumpenradnabe 44 bei 43 angeschweißt, es weist schließlich auf seiner Außenfläche einen aufgeschweißten, ausgestanzten oder -gepreßten Kühlfächer 45 auf.

Das Rippen-Flügelblatt 40 ist durch Ausstanzen bzw. Auspreßen aus einer dünnen Stahlplatte gebildet und hat eine Innenrippe 46 und eine Außenrippe 47, die sich radial entlang der gesamten Innen- und Außenumfangskante des Rippenblattes 40 erstrekken, wie dies Fig. 2 zeigt. Die Innenrippe 46 ist in ihrer Gestaltung ergänzend zur Gestaltung dar Oberfläche des Innenringes 41 ausgebildet, so daß eine genaue Anpassung zwischen beiden Teilen gewährleistet istj darüberhinaus ist sie mit fahnenförmigen Vorsprüngen 48 am Innenring 41 festgelegt. Jede Fahne 4B ist nach innen gebogen und gegen die Enden des Innenrings 41 gepreßt. Die Rippe 46 und der Innenring 41 sind im übrigen an zwei Stellen 49 punktförmig miteinander verschweißt.

Andererseits ist die Außenrippe 47 genau an den Verlauf der Innenfläche des Gehäuses 39 angepaßt ausgebildet und an ihren beiden Enden mit Fahnen 50 versehen. Jede dieser Fahnen 50 erstreckt sich durch einen Schlitz 51 nach außen, weist dann eine Beigung auf und ist auf die Außenfläche des Gehäuses 39 gepreßt. Um ein Auslaufen oder auch nur Lecken der Arbeitsflüssigkeit durch den Zwischenraum zwischen den Schlitzen 51 und den Fahnen 50 zu verhindern, sind - wie bei 52 angedeutet die Fahnen im Bereich der Schlitze dichtgelötet. Das Gehäuse 39 und die Rippe 47 sind an drei Stellen 53 miteinander punktverschweißt.

309885/0099

Dipl.-liig. Heinz lesser, Pottnlunwolt D — 8 München 81, Cos'maslroße 81 · Telofon: (C811) 9S 38 20

-T-

DiB bruchstückhafte Darstellung des Turbinenrades 12 umfaßt ein Gehßuse 54, ein mit Rippen versehenes Flügelblatt 55 und einen Innenring 56. Das Turbinenrad ist im allgemeinen von gleicher Bauart wie das Pumpenrad 11,

Bei dem Beispiel gemäß Fig. 1 wird die Festigkeit des Flügelblattee 40 durch die Innen- undAußenrippen 46 bzw. 47 wesentlich vergrößert, d. h. das Flügelblatt 40 wird durch die Rippen entlang seiner gesamten Innen- und Außenkanten starr gehalten, die Rippen dienen darüberhinaus der Verbindung der Flügelblattränder mit dem Innenring 41 und dem Gehäuse 39, wodurch Stabilität und Lebensdauer der Flügelblätter und des gesamten Pumpenrades vergrößert werden. Darüberhinaus ist das mit Rippen versehene Flügelbaltt 40 auf der Innenfläche des Gehäuses 39 exakt so angeordnet, daß an jeder seiner Seiten vorgesehene Fahnen 50 in Schlitze 51 eingreifeni dadurch wird nicht nur eine genaue Positionierung des Flügelblattes am Gehäuse vdrbestimmt, die die Schlitze 51 durchgreifenden Fahnen 50 diensen zugleich mit der Festlegung des Blattes am Gehäuse. Diese genaue Position ändert sich über die Betriebszeit hinweg nicht.

In Fig. 3 ist ein anderes AusführungsbeispiBl 57 des Pumpenrades wiedergegeben, dessen Rippenblatt 5Θ mit Rippen 59 und 60 versehen ist. Die innere Rippe 59 ist mit einem Vorsprung 63 versehen, der sich radial erstreckt und zum Innenring 61 hin vorsteht j dieser Vorsprung 63 greift in eine auf dem Innenring 61 ausgebildete Vertiefung 65 ein. Die äußere Rippe 60 ist in ähnlicher Weise mit zwei Vorsprüngen 64 versehen, die in an der Innenfläche des Gehäuses 62 ausgebildete entsprechend angeordnete Vertiefungen 66 eingreifen. Auf diese Art und Weise befindet sich das Rippenblatt 58 in korrekter Lage sowohl hinsichtlich des Innenringes 61 als auch hinsichtlich des Gehäuses 62, wie dies Fig. 4 zeigt* außerdem ist das Flügelblatt an den Rippen 59» 60 mit dem Gehäuse und dem Innenring punkt-

Dipl.-!ng. Heinz lesier, Potentanwolt D - 8 München 81, Cosimostraße 81 · Telefon: (0811) 95 3R 20

-B-

förmig verschweißt und bildet somit ein Pumpenrad sehr stabiler Bauart.

Das Pumpenrad 57 gemäß Fig. 3 weist eine Ausbildung auf, die das genaue Positionieren des Flügelblattes bei der Montage sehr vereinfacht, auch die Herstellung eines solchen Blattes ist durch Pressen, Prägen der dergleichen leicht durchzuführen.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rippen 46' und 47' mit einigen sich am Umfang erstreckenden Einschiitzungen 67 und 68 versehen. Diese Einschiitzungen vereinfachen den Press- bzw. Biegevorgang des Flügelbalttes 40', weil geringere Stauchkräfte auftretenj die Festigkeit der Rippen 46' und 47' verringert sich dadurch praktisch nicht.

In den in Fig. 1 bis 5 dargestellten, vorgeschilderten Ausführungsbeispielen, bei welchen jedes Rippenblatt jeweils eine Rippe an seinem Innen- und an seinem Außenrand aufweist, können die MIttel zur Lagebestimmung der Blätter, wie die Fahnen 48 und 50, die Vorsprünge 63 und 64 etc., auf die Anlageseite des Gehäuses 39 bzw. 62 beschränkt sein. In diesem Fall werden die Innenringe 41 bzw. 61 in ihrer Lage durch nicht abgebildete Einstellvorrichtungen genau positioniert und dann mit den jeweiligen Flügelblättern zum Beispiel durch Punktschweißung verbunden. Andererseits können die Mittel zur Positionierung der Flügelblätter, wie z.B. Vorsprung 63, nur auf der Seite des Innenringes 61 angeordnet werden. In diesem Fall werden die Flügelblätter und das jeweilige Gehäuse durch Schweißen oder dergleichen sichere Verbindung einfach in ihrer Lage genau fixiert und gehalten. Durch die Erfindung gewonnene Vorteile stellen sich selbst in solchen' Fällen ein.

309885/0999

DIpl.-ϊης. Htinr Le:sai, Pcti>nicrwa!t D — 8 München 81, CosimastroP.e 81 · Tt'eicn- (0811) 9S 3S 20

Fig. B zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei Flügelblätter 96a und 96b (Fig. 7) durch eine Rippe 70 zu einer Einheit verbunden sind, wobei diese Einheit vorzugsweise aus einem Stück gebildet ist. Der äußere Rand wird bei jedem dBr beiden Blätter durch die gemeinsame Rippe 70 gehalten und versteift. Die an jedem Ende der Rippe. 70 vorgesehene Fahne 71 greift in einen entsprechend angeordneten Schlitz 73 ein (Fig. 6), ist gegen die Außenfläche des Gehäuses 72 gebogen und gepreßt und - wie bei 74 angedeutet - verlötet, wodurch ein Austritt der Arbeitsflüssigkeit verhindert wird. Eine Punktschweißung ist bei 75 angegeben. Am Innenrand der Flügelblätter 69a, 69b wird beim Ausformen eine Fahne 76 gebildet, die in einen Schlitz 78 des Innenrings 77 eingreift (Fig. 6) und auf die Innenfläche des Innenrings 77 gebogen ist, wie Fig. 8 zeigt.

Die Baueinheit aus zwei Flügelblättern und einer diese verbindenden Rippe aus einem Stück ist in der Lage, eine beson ders gute Stabilisierung beider Blätter in ihrem Außenumfangsbereich zu bilden und die Einheit über die gesamte Länge des Blattes hinweg starr gegenüber dem Gehäuse festzulegen. Insbesondere im äußeren Teil der Blätter ist eine hohe Festigkeit erforderlich. Dieses Erfordernis wird vom Flügelrad gemäß Fig. 6 erfüllt.

In den Figuren 9 und 10 ist ein weiteres MIttel zur genauen Positionierung gezeigt. In Fig. 9 ist eine Rippe 70' mit einem Vorsprung 79 versehen, der in eine diesbezügliche Einbuchtung 80 eingreift, die in der Innenfläche des Gehäuses 72' vorgesehen ist. In Fig. 10 sind die am Innenrand der Blätter vorgesehene Fahnen 76* so kurz gehalten, daß sie nicht durch den Schlitz 78 herausragenj die in den Schlitz 78 eingeführte Fahne endet vielmehr im Bereich der Innenfläche des Innenringes 77 und wird dort verlötet.

309885/0999

Dipl.-lng. Heinz Lesser, Patentanwalt D — 8 München S1, Cosimast'aße 81 · Telcf.jnr (OSIl) 95 38

- 10 -

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten und beschriebenen spezifischen Beispiels beschränkt, es können Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden, ohne daß dadurch der grundlegende Erfindungsgedanke verlassen wird.

309885/0999

Claims (10)

Dipl.-lng. Heinz lesser, Patentcnwclt D--8 München £1, CcslTnstiafie 81 ■ Telefon: (0E11) Sb 36 20 - 11 - PATENTANSPRÜCHE

1. Flügelrad für eine Turbineneinrichtung, wie einen Drehmomentenwandler oder eine Flüssigkeitskupplung, mit einem Gehäuse und in diesem festgelegten Flügelblättern sowie einem am Innenrand der Flügelblätter angeordneten Innenring, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Flügelblatt (40, 55; 58, 40', 69a, 69b) an mindestens einem Teilbereich seiner Innen- und/oder Außenberandung eine Rippe (46, 47, 59, 60, 46', 47', 70, 70') aufweist und über diese Rippe an dem Gehäuse (39, 54, 62, 72j 72') und/oder dem Innenring (41, 56, 61, 77) festgelegt ist.

2. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Flügelblätter (69a, b) durch eine Rippe (70) verbunden sind.

3. Flügelrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die beiden Flügelblätter (69a, b)

verbindende Rippe (70) an den dem Gehäuse zugewandten Randbereichen der Blätter vorgesehen ist.

4. Flügelrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippe (70, 70') bzw. Rippen (46, 47, 59, 60, 46', 47') einstückig an den Flügelblättern (69a, b) bzw. dem Flügelblatt (40, 45, 5B, 40') ausgebildet ist bzw. sind.

5. Flügelrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (4B, 47, 59, 60, 46', 47', 70, 70') und die Flügelblätber

309885/0999

Dipi.-tng. Heinz Lesser, Patentanwalt D — S München £1, CosinxVacfie £1 ■ Tc\-^fc·:.: ':','.'.} 95 Γ-8 JO

- 12 -

(40, 55, 58, 40¹, 69a,b) Positionierungsausbildungen (50, 51, 48, 63, 65, 64, 66, 71, 73, 76, 78, 79, 80) aufweisen.

6. Flügelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von den Rippen (46, 47, 46', 47', 70, 70') und/oder den Flügelblättern (69a, b) abragende Fahnen (46, 50, 71, 76, 76') vorgesehen sind, die in entsprechend angeordnete Schlitze (51, 73 , 78) in dem Gehäuse (39, 54, 73) und/oder dem Innenring [77) eingreifen.

7. Flügelrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Schlitze (51, 73', 78) geführten Fahnen (50, 71, 76, 76') durch Umbiegen der Befestigung des Flügelblattes (40, 55, 69a, b,) an dem Gehäuse (39, 54) und/oder dem Innenring (46, 56, 46', 77) dienen.

8. Flügelrad nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen (50, 71, 76') an den Schlitzrändern verlötet sind.

9. Flügelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Rippen (59, 60, 70') jeweils eine oder mehrere Vorsprünge (63, 64, 79) vorgesehen sind, welche in der Befestigungslage in im Gehäuse (57, 72') und/ oder Innenring (61) gebildete Aussparungen (64, 65, 80) eingreifen.

10. Flügelrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (46, 47, 59, 60, 70,) und/oder Flügelblätter durch Punktschweißen an dem Gehäuse (39, 54, 57) bzw. Innanring (41, 56, 61) festgelegt sind.

309885/0999