DE2505092C2

DE2505092C2 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler insbesondere für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE2505092C2
Application number: DE2505092A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl.-Ing. 7016 Gerlingen Frötschner; Hans Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Merkle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1975-02-07
Publication date: 1983-01-13
Also published as: DE2505092A1; US3986356A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrodynamisehen Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Hydrodynamische Drehmomentwandler wsrden 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 Anwen 5ί dungsfälle wegen, die es erforderlich machen, die nur vom Drehzahl-Verhältnis abhängige Leistungszahl durch Eingriffe von außen in einer gewünschten Weise zu ändern. So sind /..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 f> Gebiet führt, da bei größcrem Schlupf gearbeitet werden muß. Niedere Anfahrdrehzahlen für Vollast dagegen bedeuten hohe Kriechmomente bei Lcerlauf drehzahl, was z. B. beim Bremsen auf vereisten oder glatten Straßen gefährlich werden kann.

Man ist bestrebt, den für die Verbesserung der Fahrleistung maßgebenden Wandlerbereich — das ist der Betriebsbereich zwischen Anfahrpunkt und Kupplungspunkt — auf einen möglichst grcßen Abtriebsdrehzahlbereich auszudehnen.

Bei einem bekannten Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist zu diesem Zweck jede Leitradschaufel nach Art einer Blattfeder elastisch ausgebildet, an ihrer Eintrittskante schwenkbar gelagert sowie mit ihrem austrittsseitigen Ende in einer Schlitzführung von drehbar angeordneten Stehbolzen verschiebbar geführt Mit zunehmendem Strömungsdruck tritt daher eine elastische Wölbung der Schaufel derart ein, daß der Eintrittswinkel größer, der Austrittswinkel jedoch kleiner wird. Die Verkleinerung des Austrittswinkels beeinträchtigt jedoch die angestrebte öffnung des Schaufelgitters.

Es wurde daher in einer älteren Anmeldung bereits vorgeschlagen (DE-PS 23 50 600). die in bekannter Weise drehbar angeordneten Leitradschaufeln durch das von der Umlaufströmung ausgeübte Drehmoment selbsttätig entgegen einer Federkraft zu verstellen, wodurch eine Verkleinerung des AustrittEwinkels beim Öffnen des Schaufelgitters vermieden ist.

Der Erfindung lieg · nun die Aufgabe zugrunde, einem Drehmomentwandler nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 im Kupplungsgebiet einen kleineren Schlupf und damit einen besseren Wirkungsgrad zu geben.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Anwendung der vorgeschlagenen Leitschaufelverstellung durch die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1 gelöst.

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

Die Erfindung bevorzugt eine Lösung, wonach der fliehkraftabhängige 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 Leift-adschaufeln so aufeinander abgestimmt sind, daß der Wandlerwirkungsgrad und der erreichbare Kupplungspunkt bei der sich hier einstellen den Leitradschaufelstellung (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 hindurchgefuhrt sind, der zugleich als Tragring für die Fliehgewichte dient b/v, mit einem solchen verbunden ist. Dabei kann dann die Ausbildung derartig erfolgen, daß erfindiingsgemaß am Tragring gleichmäßig über den Umfang verteilt auf achspärallelen 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 rau.ni'chsn Verhältnissen richten. Ein weii«res 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 dp.s Ausführungsbeispiel der Zeichnung, und zwar zeigt

Fig. I einen hydrodynamischen Drehmomentwandler im Schnitt,

F i g. 2 eine auszugsweise Ansicht des Wandlers nach F i g. 1 in Pfe^;lrichtung II und

Fig.3 das zugehörige Kennfeld-Diagramm des Wandlers.

Nach F i g. 1 besteht der Wandler aus einem Pumpenrad 10, einem Turbinenrad 11 und einem Leitrad 12. Pumpen- und Turbinenrad sind mit Innenschalen versehen und bilden auf diese Weise einen Kernring 13. Das Leitrad 12 hat drehbare Schaufeln 14, deren Drehachsen 15 bis in den Nabenteil 16 hineinragen und auch den Außenring 17 nach außen durchstoßen. Das ganze Leitrad 12 ist mittels des Nabenteils 16 über einen Freilauf 18 auf einem Hohlzapfen 19 abgestützt, der mit dem nicht mehr dargestellten Getriebegehäuse undrehbar verbunden ist

Die Drehachse 15 der Leitradschaufel 14 ist an ihrem inneren, d. h. im Nabenteil 16 angeordneten Ende mit einem Hebelarm 20 versehen, der mit einem Zapfen 21 in einen Führungsring 22 eingreift Zwischen Führungsring 22 und dem Nabenteil 16 sind Federn 23 angeordnet, weiche die Schaufeln 14 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 14 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 Leitschaufeln 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 F.ingangsdrehzahl nochmals dis Moment an. Federkra't 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 Wandlerieistungszahl 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 wirket-de Drehmoment nimmt infolgedessen ab und die Federkraft beginnt, das Leitrad bis zu einer Gleichgewichisstellung 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 Fi g. 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 ίο erstrecken sich in Umfangsrichtung. Sie greifen mit Hebelarmen 27 und Zapfen 28 in Ausschnitte 29 eines Stelhinges 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 14 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 F i g. 2) im Uhrzeigersinn, wodurch die Schaufeln 14 wieder geöffnet werden. Im Kupplungsgebiet wird dadurch die Wandlerleistungszahl > (.'der größer. Das hat den Vorteil, daß der Schlupf, bei üer · der Wandler arbeitet, geringer und damit der Wirkungsgrad besser wird Die Wandlerleistungszahl ist bei diesem Wandler nicht mehr unabhängig von der Drehzahl.

F i g.". zeigt — schematisch dargestellt — das mit diesen Vorrichtungen erreichbare Kennfeld. Die Wandlerleistungszahl (senkrechte 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. während die Linien 2 und 1 schon ■to abfallende Wirkungsgrade zeigen. Die Kursen A und B zeigen die Grenzkurven, die sich bei konstanter maximaler oder minimaler Pumpenraddrehzahl, d.h. also Motorhöchstdrehzahl bzw. Motorleerlaufdrehzahl erreichen lassen. Der Betrieb spielt sich nun zwischen •15 diesen beiden Grenzkurven ab. Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, nämlich das tliehkraftbedingte Aufdrehen des Schaufelgitters am Leitrad im Kupplungsgebiet läßt sich hier deutlich erkennen. Die strichpunktierte Linie a läßt sich erreichen, wenn vom Ό Anfahrpunkt bis zur maximalen Fahrgeschwindigkeit mit Motor-Vollast gefahren wird. Die ebenfalls strichpunktierte Linie a 1 ergibt sich, wenn bei Motor-Leerlauf angefahren und später mit Motor-Vollast weitergefahren wird. Diese Kurve trifft natürlich an einem Punkt v> alm^:· der Kurve azusammen. Und schließlich zeigt die gestrichelte Linie b eine Motorteillastkurve, wobei wiederum bei Moto-ieerlauf angefahren wird,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem auf einem Freilauf abgestützten Leitrad, das ein sich unter dem ■-> Druck der Umlaufströmung entgegen einer Federkraft im Öffnungssinne selbsttätig einstellendes Schaufelgitter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Leitradschaufel (14) in an sich bekannter Weise drehbar gelagert sowie bei rotierendem Leitrad (12) in Abhängigkeit von der Fliehkraft im Sinne eines sich mit steigender Drehzahl öffnenden Schaufelgitters selbsttätig verstellbar ist.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn- η zeichnet, daß der fliehkraftabhängige Verstellmechanismus im Wandlerkernring (13) angeordnet ist.

3. Wandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachsen (15) der Leitradschaufeln (14) raiial durch den Leitradaußenring (17) hindurchgetnfirt sind, der zugleich als Tragring für die Fliehgewichte (2S) dient bzw. mit einem solchen

(24) verbunden ist.

4. Wandler nach Anspruch 3. dadurc^h gekennzeichnet, daß am Tragring (24) gleichmäßig über den Umfang verteilt am achsparallelen Bolzen (26) mehrere in Umfangsrichtung liegende Fliehgewichte

(25) gelagert sind, deren jedes mit einem radial einwärts gerichteten Arm (27,28) in einen begrenzt drehbaren Stellring (30) eingreift.

5. Wandle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellring (30) am Innenumfang mit Ausschnitteil (31) verseilen ist, ·η welche Zapfen (32) eingreifen,die auf Hebelai min (33)der Schaufeldrehachse (15) angeordnet sind.