DE2505092A1

DE2505092A1 - Hydrodynamischer drehmomentwandler fuer fahrzeuge, insbesondere fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2505092A1
Application number: DE19752505092
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Froetschner; Hans Dipl Ing Merkle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1975-02-07
Publication date: 1976-08-19
Also published as: US3986356A; DE2505092C2

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10

Stuttgart 4.2.1975

Hydrodynamischer Drehmomentwandler für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge '

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem Pumpen-, einem Turbinen- und einem auf einem Freilauf abgestützten Leitrad, vornehmlich mit einem von der Umlaufströmung entgegen einer Federkraft in Öffnungsrichtung selbsttätig verstellbaren Schaufelgitter.

Hydrodynamische Drehmomentwandler werden in zunehmendem Maße im Antriebsstrang, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, verwendet. Sie erfüllen weitestgehend die Forderung nach stufenloser Umwandlung der Motorleistung in Antriebsleistung für das Fahrzeug. Zur Verwendung kommen dabei in erster Linie sogenannte Trilokwandler. Diese bestehen normalerweise aus einer Zentrifugalpumpe, einer Zentripetalturbine und aus einem Leitrad, das mit einem Freilauf versehen ist. Wandler dieser Bauart haben im wesentlichen eine Kennlinie, die unabhängig von der Eingangsdrehzahl ist. Es gibt Gründe, teils weiterer Verbesserung der Übertragungseigenschaften, teils besonderer Anwendungsfälle wegen, die es erforderlich machen, die nur vom Drehzahl-Verhältnis abhängige Leistungszahl durch Eingriffe von außen in einer gewünschten Weise zu ändern. So sind z.' B. hohe Anfahr-Drehzahlen bei Vollast wegen der damit verbundenen hydraulischen Verluste, des möglicherweise stark ansteigenden Motorengeräusches und des hohen Kraftstoffbedarfes nicht erwünscht, gleichzeitig ergeben sich hierbei kleine Wandlerleistungszahlen im Kupplungsgebiet, was ebenfalls zu größeren Verlusten beim Fahren in diesem Gebiet führt, da bei größerem Schlupf gearbeitet werden nuß. Niedere Anfahrdrehzahlen für Vollast dagegen bedeuten hohe Kriechmomente bei Leerlaufdrehzahl, was z. B. beim Bremsen auf vereisten oder glatten Straßen gefährlieh werden kann.

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ORIGINAL INSPECTED

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Man ist bestrebt, den für die Verbesserung der Fahrleistung maßgebenden Wandlerbereich - das ist der Betriebsbereich zwischen Anfahrpunkt und Kupplungspunkt - auf einen möglichst großen Abtriebsdrehzahlbereich auszudehnen. Es wurde hierfür bereits vorgeschlagen (deutsche Patentanmeldung P 23 5O 6OO.5) die in bekannter Weise drehbar angeordneten Leitradschaufeln durch das von der Umlaufströmung ausgeübte Drehmoment selbsttätig entgegen einer Federkraft zu verstellen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, im Kupplungsgebiet dem Wandler einen kleineren Schlupf und damit einen besseren Wirkungsgrad zugeben. Dabei geht die Erfindung von der vorgeschlagenen Leitschaufelverstellung aus, ohne auf diese beschränkt zu sein. Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei rotierendem Leitrad die Leitradschaufeln in Abhängigkeit von der Fliehkraft im Sinn eines sich mit steigender Drehzahl öffnenden Schaufelgitters selbsttätig verstellbar sind.

Bei einem erfindungsgemäß ausgebildeten Drehmomentwandler öffnet sich im Kupplungsgebiet in vorteilhafter Weise mehr oder weniger das Schaufelgitter am Leitrad. Infolgedessen arbeitet in diesem Gebiet nun der Wandler mit kleinerem Schlupf und daher mit besserem Wirkungsgrad.

Die Erfindung bevorzugt eine Lösung, wonach der fliehkraftsibliängige Verstellmechanismus im Wandlerkernring angeordnet ist. Dies schließt natürlich nicht aus, daß in besonderen Fällen dieser Verstellmechanismus auch in der Nabe untergebracht sein kann. Es wird außerdem nach der Erfindung noch Wert darauf gelegt, daß die Ein- und Austrittswinkel von Pumpen-, Turbinen- und Leitradschaufeln so aufeinander abgestimmt sind, daß der Wandlerwirkungsgrad und der erreichbare Kupplungspunkt bei der sich hier einstellenden Leitradschaufel-

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stellung (Endstellung in Richtung Schließen des Leitrades) ein Optimum darstellt.

Im einzelnen wird für eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung vorgeschlagen, daß die Drehachsen der Leitradschaufeln radial durch den Leitrad-Außenring hindurchgeführt sind, der zugleich als Tragring für die Fliehgewichte dient bzw. mit einem solchen verbunden ist. Dabei kann dann die Ausbildung derartig erfolgen, daß erfindungsgemäß am Tragring gleichmäßig über den Umfang verteilt auf achsparallelen Bolzen mehrere in Umfangsrichtung liegende Fliehgewichte gelagert sind, deren jedes mit einem radial einwärts gerichteten Arm in einen begrenzt drehbaren Stellring eingreift.

Es ist dabei an sich ohne Belang, ob die Anordnung der Fliehgewichte auf einer oder paarweise auf beiden Seiten des Tragringes erfolgt. Dies wird sich in erster Linie nach den räumlichen Verhältnissen richten. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist. darin zu sehen, daß der Stellring am Innenumfang mit Ausschnitten versehen ist, in welche Zapfen eingreifen, die auf Hebelarmen der Schaufeldrehachsen angeordnet sind.

Einzelheiten der Erfindung zeigt das Ausführungsbeispiel der Zeichnung, und zwar zeigt

Fig. 1 einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Schnitt,

Fig. 2 eine auszugsweise Ansicht des Wandlers nach Fig. 1 in Pfeilrichtung II und

Fig. 3 d«s zugehörige Kennfeld-Diagramm des Wandlers.

Nach Figur 1 besteht der Wandler aus einem Pumpenrad IO, einem Turbinenrad 11 und einem Leitrad 12. Pumpen- und Turbinenrad sind nit Innenschalen versehen und bilden auf diese Weise einen Kernring 13· Das Leitrad 12 hat drehbare Schaufeln lk , deren Drehachsen 15 bis in den Nabenteil l6 hineinragen und auch den Außenring 17 nach außen durchstoßen. Das ganze JLeitrad 12 ist mittels des Nabenteils l6 über einen Freilauf

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auf einem Hohlzapfen 19 abgestützt» der mit dem nicht mehr dargestellten Getriebegehäuse undrehbar verbunden ist.

Die Drehachse 15 der Leitradschaufel tk ist an ihrem inneren, d. h. im Nabenteil l6 angeordneten Ende mit einem Hebelarm 20 versehen, der mit einem Zapfen 21 in einen Führungsring 22 eingreift. Zwischen Führungsring 22 und dem Nabenteil l6 sind Federn 23 angeordnet, welche die Schaufeln l4 in ihre geschlossene Stellung zu drehen versuchen. Auf die Schaufel wirkt das von der Strömung erzeugte Drehmoment, welches sich mit der Umlenkung und mit der Strömungsgeschwindigkeit ändert. Dieses Drehmoment infolge der Strömungsgeschwindigkeit versucht die Schaufel lk entgegen der Kraft der Federn 23 zu öffnen. Im Wandlungsbereich, d. h. also bei stillstehendem Leitrad, sind dies die einzigen Drehmomente, die auf die Schaufel wirken. Im Betrieb werden sich die Leinschaufeln immer so weit verdrehen, bis Gleichgewicht zwischen, dem Strömungsdrehmoment und dem Federdrehmoment erreicht ist.

Bei dem dargestellten Wandler nimmt bei konstanter Eingangsdrehzahl das Strömungsmoment der Leitradschaufel vom Kupplungspunkt bis zum Anfahrpunkt zu. Zusätzlich steigt mit steigender Eingangsdrehzahl nochmals das Moment an. Federkraft und Strömungskraft sind so aufeinander abgestimmt, daß im Anfahrpunkt bei Vollast das Leitrad offen und somit die Wandlerleistungszahl groß ist, und daß im Leerlauf das Leitrad nahezu geschlossen ist, so daß die Wandlerleistungszahl klein und damit das Kriechmoment klein ist. Beim Übergang vom Anfahrpunkt zum Kupplungspunkt nimmt die Strömungsgeschwindigkeit und die Umlenkung im Leitrad ab. Das strömungsbedingte auf die Schaufel wirkende Drehmoment nimmt infolgedessen ab und die Federkraft beginnt, das Leitrad bis zu einer Gleichgewichtsstellung zu schließen.

Im Kernring 13 des Wandlers ist ein weiterer Verstellmechanismus angeordnet, der im Kupplungsbereich, d. h. also bei rotierendem Leitrad wirksam wird. Dieser Verstellmechanismus spricht auf die Fliehkraft des rotierenden Leitrades an. Nach den

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Figuren 1 und 2 ist am Außenring 17 des Leitrades ein Tragring 24 befestigt, an welchem zu beiden Seiten paarweise Fliehgewichte 25 mittels achsparallelen Zapfen 26 schwenkbar gelagert sind. Die Fliehgewichte 25 erstrecken sich in Umfangsrichtung. Sie greifen mit Hebelarmen 27 und Zapfen 28 in Ausschnitte 29 eines Stellringes 30 ein, der in Umfangsrichtung verdrehbar am Tragring 24 angeordnet ist. Der Stellring 30 hat am Innenumfang seinerseits Ausschnitte 31, in welche mittels Zapfen 32 Hebelarme 33 eingreifen, die auf den Drehachsen 15 der Schaufeln l4 angeordnet sind. Wenn also jetzt im Kupplungsgebiet das Leitrad 12 dreht, so schwenken die Fliehgewichte 25 mehr oder weniger nach außen und verdrehen dadurch den Stellring 30 (siehe Fig. 2) im Uhrzeigersinn, wodurch die Schaufeln l4 wieder geöffnet werden. Im Kupplungsgebiet wird dadurch die Wandlerleistungszahl wieder größer. Das hat den Vorteil, daß der Schlupf, bei dem der Wandler arbeitet,geringer und damit der Wirkungsgrad besser wird. Die Wandlerleistungszahl ist bei diesem Wandler nicht mehr unabhängig von der Drehzahl.

Fig. 3 zeigt - schematisch dargestellt - das mit diesen Vorrichtungen erreichbare Kennfeld. Die Wandlerleistungszahl (senkrecht· Achse) ist in Funktion des Drehzahlverhältnisses (waagerechte Achse) aufgetragen. Die Kurven 1 bis 4 zeigen die erreichbaren Wandlerleistungszahlen jeweils bei konstanter Leitradstellung. Bei der Kurve 1 hat das Leitrad ein offenes, bei der Kurve 4 ein geschlossenes Schaufelgitter. Die Schaufelformen von Turbine, Pumpe und Leitrad sind dabei so aufeinander abgestimmt, daß in häufig gefahrenen Gebieten des Kennfeldes gute Wirkungsgrade vorhanden sind. Dies gilt insbesondere für die Linien 3 und 4, wahrend die Linien 2 und 1 schon abfallende Wirkungsgrade zeigen. Die Kurven A und B zeigen die Grenzkurven, die sich bei konstanter maximaler oder minimaler Pumpenradt'.rehzahl, d. . also Motorhöchstdrehi-ahl bzw. Motorleerlaufdrehzahl erre: C'ien lassen. Der Betrieb spielt sich nun zwischen diesen beiden Grenzkurven ab. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich das fliehkraftbedingte Aufdrehen des Schaufelgitters am Leitrad im Kupplungsgebiet läßt sich hier ά»unlieb erkennen. Die striefeptmktierie

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Linie a läßt sich erreichen, wenn vom Anfahrpunkt bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit mit Motor-Vollast gefahren wird. Die ebenfalls strichpunktierte Linie al ergibt sich, wenn bei Motor-Leerlauf angefahren und später mit Motor-Vollast weitergefahren wird. Diese Kurve trifft natürlich an einem Punkt «2 mit der Kurve a zusammen. Und schließlich zeigt die' gestrichelte Linie b eine Motorteillastkurve, wobei wiederum bei Motorleerlauf angefahren wird.

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Claims

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Stuttgart

Ansprüche

f1. j Hydrodynamischer Drehmomentwandler für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit mindestens einem Pumpen-, einem Turbinen- und einem auf einem Freilauf abgestützten Leitrad, vornehmlich mit einem von der Umlaufströmung entgegen einer Federkraft in Öffnungsrichtung selbsttätig verstellbaren Schaufelgitter, dadurch gekennzeichnet, daß bei rotierendem Leitrad die Leitradschaufeln in Abhängigkeit von der Fliehkraft im Sinn eines sich mit steigender Drehzahl öffnenden Schaufelgitters selbsttätig verstellbar sind,
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der fliehkraftabhängige Verstellmechanismus im Wandlerkernjring (13) angeordnet ist.
3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (15) der Leitradschaufeln (l4) radial durch den Leitradaußenring (l7) hindurchgeführt sind, der zugleich als Tragring für die Fliehgewichte (25) dient bzw. mit einem solchen (24) verbunden ist.
4. Wandler nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß am Tragring (24) gleichmäßig über den Umfang verteilt am achsparallelen Bolzen (26) mehrere in Umfangerichtung liegende Fliehgewichte (25) gelagert sind, deren jedes mit einem radial einwärts gerichteten Arm (27, 28) in einen begrenzt drehbaren Stellring (30) eingreift.
5. Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (30) am Innenumfang mit Ausschnitten (31) ver-

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sehen ist, in welche Zapfen (32) eingreifen, die auf Hebelarmen (33) der Schaufeldrehachse (15) angeordnet sind.

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