DE2350600A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler fuer fahrzeuge, insbesondere fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 9785/4 Stuttgart 5. Oktober 1973

Hydrodynamischer Drehmomentwandler für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge.

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrmeuge, mit mindestens einem Pumpen-, einem Turbinen- und einem Leitrad, und mit veränderbarem Schaufelgitter an mindestens einem dieser Räder, vorzugsweise am Leitrad.

Hydrodynamische Drehmomentwandler werden in zunehmendem Maße im Antriebsstrang, insbesondere bei Kraftfahrzeugen verwendet. Sie erfüllen weitestgehend die Forderung nach atufenloser Umwandlung der Motorleistung in Antriebsleistung für das Fahrzeug. Es gibt Gründe, teils weiterer Verbesserung der Übertragungseigenschaften, teils besonderer Anwendungsfälle wegen, die es erforderlich machen, die nur vom Drehzahlverhältnis abhängige Leistungszahl durch Eingriffe von außen in einer gewünschten Weise zu ändern. So sind z. B. hohe Anfahrdrehzahlen bei Vollast wegen der damit verbundenen hydraulischen Verluste, des möglicherweise stark ansteigenden Motorengeräuschs und des höheren Kraftstoffverbrauches nicht erwünscht. Niedere Anfahrdrehzahlen bei Vollast dagegen bedeuten hohe Kriechmomente bei Leerlaufdrehzahl, die wegen des starken Einechaltatoßes unangenehm und bei Schleichfahrt mit schiebendem Vagen auf eisglatten Straßen sogar verkehrsgefährdend werden können.

Man ist bestrebt, den für die Verbesserung der Fahrleistung maßgebenden Wandlerbereich - da· ist der Betriebebereich zwischen Anfahrpunkt und Kupplungspunkt - auf einen möglichst großen Abtriebsdrehsahlbereich auszudehnen. Hierfür soll die tür die Übertragung der* Leistung verantwortliche Leiatunga-

5 0 9816/0547 - 2 -

zahl vom Anfahrpunkt bia zum Kupplungspunkt at«tig abnahmen, wobal eine möglichst große Drehzahldrückung erwünscht ist. Ferner aoll der Wirkungsgradverlauf optimal aein und der Kupplungspunkt bei möglichst hohe« Drehzahlverhältnia liegen.

Weiterhin bestehen Anwendung«fälle (Zusammenarbeit einea hydrodynaniachen Wandler« mit Einwellen-Gaaturbine, Elektromotor u. ä.), in denen die besondere Drehmoment-Drehzahl-Charakteriatik dea Antriebsaggregates einen anderen ala nor-■alerweiae vorhandenen Verlauf der Leiatungazahl über dem DrehzahlverhMltnia erfordert.

Sowohl zur Lösung dieaer mit dea Anwendungsfall gegebenen Probleme ala auch zur wünschenswerten Verbesserung der Übertragungseigenschaften sind Drehmomentwandler zentrifugaler als auch sentripedaler Bauform bekannt (Stellwandler), deren Leitrad - oder auch Pumpenrad - Schaufeln über Kolben, und Hebel von außen verstellt werden. So wird s. B. gemäß DBP 1 018 2β5 der vordere Teil der Leitradsehaufel verstellt. Auch die britische Patentschrift 9O8 0*7 zeigt Leitradschaufeln, deren Vorderteil teleskopisch gegenüber dem Hauptteil verschiebbar sind. Diese Konstruktionen sind aber sehr aufwendig, teuer und störanfällig,und sie laaaen auch den angestrebten Iffekt nicht immer mit Sicherheit erreichen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine einfache und betriebssicher« Verstellschaufel zu entwickeln. Diese Aufgabe wird bei den eingangs genannten hydrodynamischen Händlern nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Jede Schaufel eines Laufrades in an sich bekannter Weise drehbar gelagert und durch das von der Umlaufströmung ausgeübte Drehmoment gegen Federkraft selbsttätig verstellbar ist. Die Schaufel stellt sich also i» Betrieb auf einen Gleichgewichtszustand zwischen der Federkraft und dem Strömungfls drehmoment ein. Diese selbsttätige Säastellung kanal naturgemäß auf die ganze Schaufel - und diese Lösung bevorzugt die Erfindung - als auch auf eine Teilschaufel bezogen werden.

509816/0547 ,. "³"

ORIGINAL INSPECTED'

MM⁰⁰

- J - Dai

Diese erfindungsgemäße Wandlerkonstruktion hat den Vorteil einer sehr einfachen Ausführung der Verstellschaufel, die im Pumpenrad oder im Turbinenrad oder vorzugsweise im Leitrad oder in mehreren Rädern gleichzeitig angewendet sein kann. Dl· Verstellung der Schaufeln erfolgt entgegen vorgegebener Federkraft selbsttätig durch die Strömung. Sie kann bei gleichen Anströmbedingungen vor der Schaufel: durch Ausnutzung geeignet«r Federn (Federcharakteristik), durch unterschiedlich· Kombination mehrerer Federn gleicher oder verschiedener Charakteristik, durch Wahl der Begrenzung und Lage des Verstellbereiches, durch entsprechende Zuordnung der Schaufel zum Verstellhebel und durch Wahl der Lage vom Drehpunkt in der Schaufel beeinflußt werden. Das Verstellgesetz kann damit allen möglichen Forderungen weitgehend angepaßt werden.

Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß zwischen die Schaufeldrehachse und die Federkraft eine Hebelübersetzung oder «in« gleichwirkende Übertragungseinrichtung eingeschaltet ist. Für den Fall eines Leitrades mit innerhalb der Schaufeln liegendem Nabenteil soll erfindungsgemäß jede Schaufel auf einem radial verlaufendem Drehzapfen angeordnet sein, der in einen etwa in Umfangsrichtung welsenden Schwenkarm ausläuft, wobei alle Schwenkarme in einen axial bewegbaren Stellring eingreifen.

Bei einer Ausführungsform nach der Erfindung ist im Nabenteil des Leitrades eine sich axial erstreckende Ringausnehmung zur Aufnahme der Schwenkarme und des Stellringes vorgesehen, wobei der Stellring axial verschiebbar auf demjenigen Hülsenteil gelagert ist, der die Innenbegrenzung dieser Ringausnehmung bildet. Hierbei wird zweckmäßigerer·!s« die Ausbildung so getroffen, daß die axiale Bewegbarkeit des Stellring·· »ach b«id«n Seiten durch Ansehläge begrenzt und er durch eine oder mehrere Federn in Richtung auf ein geschlossen·· Schaufel· gitter belastet 1st.

5098 16/054?

ORIGINAL INSPECtID

- 4 - Palm 97β5/4

Einzelheiten der Erfindung zeigt das Ausführungsbeispiel der Zeichnung und zwar zeigt

Fig. 1 das Profil einer Leitradechaufel zur Erläuterung der Anströmung,

Fig. 2 ein Druckdiagramm für die Schaufel nach Figur 1, Fig. 3 da* Kennfeld-Diagramm eines Wandlers und

Fig. 4 einen Wandler mit Leitradschaufeln gemäß Fig. 1 im Schnitt.

Nach den Figuren 1 und 2 ist an der Leitradechaufel 10 die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugseite umso größer, je größer die Strömungsgeschwindigkeit und je größer die Umlenkung ist. Der Druckunterschied zwischen zwei zugehörigen Schaufelprofilelementen (Element auf der Druckseite und Element auf der Saugaeite) ist proportional der Umlenkung längs diesen Elementen und proportional.dem dort fließenden sekundlichen Massenstrom. In Figur 2 ist der Druckverlauf längs der Schaufeloberfläche eines Schaufelprofile gemäß Figur 1 für zwei Anströmrichtungen (Bauchetoß- und RUckenstoß) dargestellt. Dabei sieht man, daß beim Übergang von Bauchstoß zu RUckenstoß die Druckdifferenz zwischen Druck- und Saugeeite geringer wird. Bei einer anderen Profilform und Profilanordnung (Dickenverteilung, ProfilkrUmmung, Teilungsverhältnis usw.) kann sich ein anderer Druckverlauf ergeben. So kann z. B. der maximale Druckunterschied durch Verlegung der Wölbungsrücklage mehr zum Auetritt verschoben werden. Ist jetzt die Leitschaufel 10 gemäß Figur 1 in einem.Zapfen 11 drehbar gelagert, dann ergibt der Druckverlauf längs der Schaufeloberfläche ein Drehmoment bezüglich dieses Zapfens 11. Die Größen für die Beeinflussung dieses Moments sind aus der in Figur 1 angegebenen Formel leicht ersichtlich.

Bei der erfindungsgemäßen, selbsttätigen Schaufelverstellung 1st die Schaufel, wie schon vorher gesagt, in einem Zapfen drehbar gelagert. Bei der Erfindung wird die Schaufel 10 durch eine Feder in Drehrichtung gehalten. Im Betrieb wird sich dann die Leitschaufel 10 immer so weit verdrehen, bis

509816/0547 '- ^v

- 5 - Palm 9765/4

Gleichgewicht iwlachtn dta Schaufeldrehaoaent und dem Pederdrehoaent erreicht iat.

Bei einen Pöttingerwandler iat das Leitrad ao geforat, daß die Wandlerpuape aiit Mitdrall angeatröat wird. Arbeitet der Wandler ia Anfahrpunkt, dann wird daa Leitrad aiit Bauch» atofl angeströmt. Die Druckdifieren» »wischen Druckaeite und Saugaeite wird groß, und bei richtiger Lage der Drehachae iat ein großea Drehaoaent vorhanden (aiehe Figur 2). Zb Gebiet dea Kupplungapunktea wird daa Leitrad «it Rückenatoß angeströnt und daa Drehaoaient wird deahalb kleiner, wenn konstante Wandlereingangsdrehzahl vorausgesetzt wird. Mit steigender Eingangsdrehsahl vergrößert aich die Ströaungsgeachwindigkeit und daait die Druckdifferenz und daa Moaient, da die Strömungsgeschwindigkeit in weiten Bereichen proportional der Drehzahl iat. Pur den dargestellten Trilokwandler ergibt aich, daß bei konstanter Blngangadrehaahl daa Drehaoaent auf die Leitradachaufel ia Anfahrpunkt größer iat ala ia Kupplungspunkt. Die !chaufel iat deahalb ia Anfahrpunkt gegenüber dea Kupplungapunkt aufgedreht, der Mitdrall entsprechend verkleinert und die Wandlerleiatungssahl vergrößert. Die Drehzahldrückung wird größer. Mit xunehaender Wandlerdrehzahl wird bei konstantea Drehaahlverhältnis daa Drehaoaent größer, der Mitdrall kleiner und die Wandlerleiatungssahl größer. Die Wandlerleiatungssahl iat nicht aehr unabhängig von der Drehsahl.

In Figur 3 iat in der bekannten Abhängigkeit der Puapenleiatungssahl von dea Drehsahlverhältnia daa acheaatiache Kennfeld dea Wantlerβ dargeatellt. Wie anhand dieaea dargeatellten Kennfeldea ersichtlich iat, ergeben sich alt dieaea Wandler einige Vorteile gegenüber den norealen Föttingefwandlern. So iat «ta Belapiel die Anfahrdrehaahl bei VoIl-

beL
laat nieder und Leerlaufdrehsahl daa Kriecharaaent klein· Die Drehsahldrückung iat groß. Die Lage dea Kupplungapunktea und der Wirkungagrad Iat gut. Daa Beachleunigungaverhalten kann verbessert werden.

5 098 16/0547 "⁶"

- 6 - Pail 9785/4

Nach Figur k besteht der Wandler au« einem Pumpenrad 12, einem Turbinenrad 13 und einem Leitrad lO mit Preilauf Ik. Die Schaufeln 15 de* Leitrade· aind auf einem Drehzapfen 11 befestigt, der den Nabenteil l6 dea Leitrades 10 durchsetzt. Er ragt mit seinem Ende bis' in eine Ringausnehmung 17 des Nabenteils l6 hinein. An diesem Drehzapfen 11 befindet sich innen ein Schwenkarm l8, der mit einem Zapfen 19 in einen Stellring 20 eingreift, der auf den Hülsenteil 21 der Nabe l6 axial verschiebbar angeordnet ist. Die axiale Verschiebbarkeit dieses Stellringes 20 ist einerseits durch einen Sprengring 22 und andererseits durch eine Ringschulter 23 am Nabenteil l6 begrenzt. Tellerfedern 24 drücken den Stellring 20 stete in eine solche Richtung* daß alle Schaufeln 15 des Leitrades 10 in Richtung der geschlossenen Stellung gedreht werden.

509816/0547

Claims (2)

Daialer-Benz Aktiengesellschaft Daia 9785/4 Stuttgart Anspruch·

1.) Hydrodynamischer Drehaoeentwandler für Fahrzeug·, ina- ^-^ besondere für Kraftfahrzeug·, ait aind«at«ns ·1η·Μ Puapen-, •inta Turbinen- und Leitrad, und nit veränderbar·« Schaufelgitter an aindest«n· «ineai dicaer Räder, vorzugsweise aa Leitrad, dadurch gekennzeichnet, daß ,Jede Schaufel eine· Laufrad·· in an ·ich bekannter Weise drehbar gelagert und durch da· von d*r Uailaufatröamng ausgeübt· OrehMoaent gegen Federkraft aelbettutif verstellbar iat.

2. HydrodynaadLschar Orehaoaentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafi swischen die Sehauf «!drehachse (ll) und die Federkraft ein« H«b«lUbersetBung oder «in« gleichwirkend· übertragungseinrichtung eingeschaltet ist.

'}» Hydrodvnaaiiech«r Dr«haioai«ntvandl«r nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei eine« Leitrad «it inner- - halb dar Schaufel liegend·« Nabenteil (l6) j«d· Schaufel (15) auf «ine« radial verlaufenden Dreheapfen (ll) angeordnet ist, der in «inen etwa in Uafangriehtung weisenden Schwenkarm (l8) aualauft und daß all· Schwenkarm· (i8) in einen axial beweglichen Stellring (19) eingreifen.

K. Hydrodynamisch er Dr ehaioaent wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß la Nab«nt«ll (l6) das Leitrad·· (10) •in· sich axial erstreckend« Ringäusnehaung (17) zur Aufnaha« dar Schwenkara· und des Stellringes vorgesehen und der axial verschiebbare Stellring (2O) auf dea HUlsenteil (21) gelagert ist« der die Innenbegrensung dieser Ringausnahaung (17) bildet.

5098 16/0547

- 8 - Palm 9785/4

Hydrodynaniachar Drahaumantwandlar nach Anapruch 4, dadurch gakannsaichnat, daß dia axiale Bawagbarkait daa Stellring·· (20) nach beiden l«itan durch AnachlKga (22, 23) bagranxt und mr durch «la« od«r athrart Padarn (24) in Kichtung auf daa gaachlaaaana fchaufalgittar balaatat iat.

509816/05A7