DE2618220C3

DE2618220C3 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einstellbaren Schaufeln aus ProfilkrUmmungsketten

Info

Publication number: DE2618220C3
Application number: DE19762618220
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 4773 Moehnesee Koetter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-01-09
Filing date: 1976-04-26
Publication date: 1978-11-09
Also published as: DE2618220A1; DE2618220B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen hydrodynamischen Wandler nach dem Gegenstand des Hauptpatents 2400779. Bei einem solchen zum Stande der Technik gehörenden Wandler erfolgt die automatische Selbststeuerung der Schaufeleinstellung durch die Wandlerströmung. Dabei werden die Verstellkräfte den Reaktionskräften der Flüssigkeitsströmung an der Schaufel entnommen. Diese Wirkung wird durch die Kombination der iin Anspruch 1 des Hauptpatentes aufgeführten Merkmale erzielt:

a) Die Schaufeln sind als Profilkrümmungsketten ausgebildet, deren Glieder in drei Laschenreihen angeordnet und durch Bolzen so verbunden sind, daß die Glieder der mittleren Reihe gegen die beiden äußeren Reihen versetzt sind;

b) alle Profilkcttenglieder einer Reihe sind an ihren einander gegenüberliegenden Enden über eine Verzahnung gekoppelt und werden durch sie überlappende Vorsprünge der jeweils versetzt dazu angeordneten Laschenreihe abgedeckt;

c) jede der drei Laschenreihen weist je eine mit einem Laschenglied starr verbundene Stellwelle auf, wobei die drei Stellwellen konzentrisch zu einer gemeinsamen Stellachse angeordnet sind;

d) jede der Stellwellen weist eine Umfangsverzahnungauf.die im Eingriff mit je einem Zahnkranz steht, wobei alle Zahnkränze auf einem Rad angeordnet sind, das beschränkt verdrehbar auf einem mit der Ein- bzw. Ausgangswclle befestigten Mitnehmer gelagert ist und wobei unter Einfluß der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der Verzahnungseingriffe an den Zahnkränzen eine Rclativdrchung des Rades in bezug auf den - die Schaufeln tragenden - frei drehbaren Gehäusckranz einer bestimmten Profiländerung der Schaufeln entspricht.

Bei einem Ausführungsbeispiel dieses aus dem Patent 2400779 bekannten Getriebes ist der radial äußere Teil des Strömungskanals zwischen zwei sphärischen Schalenflächen der Schaufelräder angeordnet, wobei die einstellbaren Schaufeln in diesem äußeren Bereich angeordnet sind. Der innere Strömungskanal verläuft achsparallel. Dieser bekannte Wandler ist hinsichtlich seines Betriebsvcrhaltens von außen nicht einstellbar, so daß die Abtriebsdrehzahl und Abtriebsrichtung nicht beeinflußbar sind.

Es ist bei herkömmlichen hydrodynamischen Wandlern grundsätzlich schon bekannt, die Pumpenrad- bzw. Leitrad- bzw. Turbinenradschaufeln von außen her einzustellen. Dabei können die beiden Leitradschaufelkränze, die zwischen den in den Kanalkrümmern angeordneten Pumpenrad und Turbinenrad vorgesehen sind, durch Änderung ihrer Profilform eingestellt werden (FR-PS 2250411). Auch ist es allgemein bekannt, zur Änderung der Turbinendrehrichtung den Anstellwinkel eines dem Turbinenrad vorgeschalteten Leitrades zu ändern (DE-PS

238 915). Weiterhin ist es auch schon bekannt, schwenkbare Schaufeln von hydrodynamischen Strömungsmaschinen zwischen sphärischen Schalen anzuordnen (DE-PS 9 49 899).

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Getriebe nach dem Haußtpatent so weiterzubilden, daß unter Beibehaltung der automatischen Selbsteinstcllung der Schaufeln eine Beeinflussung der Drehzahl und der Drehrichtung von außen möglich ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Getriebe nach dem Hauptpatent durch die Kombination der im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale a) und b) gelöst.

Durch die Erfindung wird eine einheitliche Verstellbarkeit der Beschaufelung im gesamten Strömuagsbereich des Getriebes erreicht. Hierdurch behalten-die Beschaufelungen aller Hauptglieder während des Wandlerbetriebs eine optimale Eins.ellung zueinander. So daß im gesamten Arbeitsbereich dieses Drehmomentwandlers die Regelung automatisch, stufenlos und unter gleichmäßig hohem Wirkungsgrad erfolgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Durch die Maßnahmen nach Anspruch 2 wird die Beeinflussung des Getriebes von außen durch Handhebel erreicht. Über ein Stellgetricbe wird den Stellwellen eines vor dem Turbinenrad angeordneten zweiten Leitrades eine einander entgegengesetzte Drehbewegung erteilt. Dies bewirkt eine Krümmungsänderung der Profilkrümmungsketten (15) dieses Leitrades. Dabei ist die sclbststeuerndc Stabilisierung der Profilkrümmungsketten (15) in der Strömung so ausgelegt, daß bei jeder Schaufelbewegung (Profilkettenbewegung), die durch die Stabilisierung hervorgerufen wird, die Endkettenglieder (20) ihren Winkel zur Wandlerachsrichtung beibehalten. Dies bewirkt, daß die durch die Handverstellung eingeleitete Profilkettenbewegung jeweils bei allen übrigen Schaufelgliedern durch die Stabilisierung korrigiert wird; lediglich die Winkeleinstellung des Endgliedes (20) der Schaufeln (15) des zweiten Leitrades wird durch die Handverstellung direkt bestimmt. Das bedeutet eine willkürliche Veränderung der Beaufschlagung der Beschaufelung (11) des Turbinenrades. Diese Beaufschlagungsveränderung deckt laut Fig. 2 die gesamten Fahrzustände für Vorwärtslauf ( V), Stillstand (L) und Rückwärtslauf (R) ab. Wobei der Stillstandsbereich (L) ein Abbremsen bis zum Stillstand und Festhalten im Stillstand bewirkt.

Durch die Maßnahmen nach Anspruch 3 wird eine Vereinfachung der Konstruktion der Aufhängung und Anlenkung der einstellbaren Schaufeln (selbststeuernden Profilkrümmungsketten) erreicht, im Falle, daß die End- oder Anfangsglieder dieser Profilkrümmungsketten bei einer Schaufelbewegung ihren Winkel zur Wandlcrachsrichtung beibehalten. Im Ausführungsbeispiel Fig. 1 ist dies am Reaktionsrad (7, 8, 6) gezeigt. In diesem Falle wird das Endglied (8) der Schaufel (6) mit seinem Gehäusekranz fest verbunden bzw. bildet mit diesem eine Einheit. Das mit dem starren Endglied (8) verbundene nächste Schaufelglied braucht nunmehr über nur eine Stellwelle mit Stellzahnkranz bewegt werden, um der Schaufel (6) des Reaktionsrades (7, 8) eine Krümmungsveränderung zu erteilen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist an Hand

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der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.

Fig. 1 bildet die Gesamtzeichnung des Wandlcrgctriebes in schematischer Darstellung;

Fig. 2 stellt sinnbildlich die selbstregelnden Profilkrümmun^sketten (11) des Turbinenrades (10) mit den einstellbaren, selbstregelnden Profilkrümmungsketten (15) des zusätzlichen Leitrades (21) dar, das vor dem Turbinenrad angeordnet ist. Die Darstellung zeigt die Regelung der Beaufschlagung der Beschaufeiung (11) des Turbinenrades durch die willkürliche Einstellung der Profilkrümmungsketten (15) (Beschaufelung) des zusätzlichen Leitrades in drei markanten Strömungsphasen für Vorlauf, Stillstand und Rücklauf des Turbinenrades (10).

Der selbstregelnde Drehmomentwandler hat eine von den üblichen hydrodynamischen Wandlern abweichende Strömungsführung, deren Verlauf in Fig. I durch die schraffierten Flächen eingegrenzt wird. Die schraffierten Flächen stellen gleichzeitig aufgeschnittene Rotationskörper um die Achse A- H dar. Der Strömungskreis der Wandlerflüssigkeit verläuft dabei zwischen diesen sphärischen Flächen der Rotationskörper, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und die gleichzeitig den Stellbereich bilden, in dem sich die verstellbaren Profilkrümmungsketten bewegen. Um eine scharfe Umlenkung der Flüssigkeitsteilchen beim Übergang vom äußeren zum inneren Kanalbereich und umgekehrt zu vermeiden, müssen die Flüssigkeitsteilchen dabei durch die Beschaufelung auf spiralförmigen Bahnen geführt werden.

Die Achsen der Bolzen und Stellwellen der Profilkrümmungsketten (Schaufeln) zwischen den sphärischen Flächen der Rotationskörper sind als Strich-Punkt-Linien eingezeichnet. Sie gehen immer durch den Mittelpunkt M des Getriebes. Die Schaufelglieder der Profilkrümmungsketten, die ihren Winkel /ur Achsrichtung der Wandlerachse ändern können, sind durch eine Mittellinie gekennzeichnet, die sich über die ganze Länge der jeweiligen Schaufelglieder, die ihren Winkel zur Achsrichtung bei jeder Profilkettenbewegung (Schaufelkrümmung) beibehalten, sind durch Doppclhnicn gekennzeichnet.

Auf der Achse A-B in Fig. 1 sind angeordnet:

1. Das Pumpenrand (1) mit Zahnrad (3) und dem Gehäusekranz (4) mit Beschaufelung (2).

2. Das Zusatzleitrad (21) mit den Zahnrädern (13 und 14) und dem Gehäusekranz (12) mit Beschaufelung (15).

3. Das Turbinenrad (10) und der Gehäusekran/. (9) mit Beschaufelung (11).

4. Das Reaktionsrad, das mit dem feststehenden Gehäuse (7) starr verbunden ist, und dem Gehäusekranz (8) mit Beschaufelung (6).

Alle vier Gehäusekränze sind auf der Wandlerachse A-B frei drehbar gelagert. Sie werden über die Zahnkränze auf den Stellwellen ihrer jeweiligen Beschaufelung mit ihren zugehörigen Zahnrädern bzw. beim Reaktionsglied mit dem Gehäuse (7) verbunden und in ihrer Drehbewegung in der Lage fixiert, die der Stellung ihrer Schaufeln (Profilkrümmungsketten) in der jeweiligen Strömung entspricht. Dies bedeutet die automatische Selbststeuerung der Schaufeln aller vier Hauptglieder und damit die direkte automalische Selbstregelung des ganzen Wandlergctriebes entsprechend dem umgekehrten Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment.

Die Profilkrümmungsketten (Schaufeln) (15) des Leitrades (21) können nun außerdem noch so von au-

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Ben willkürlich verstellt werden, daß sie den Vorlauf. Stillstand und Rücklauf des Turbinenrades (10) bewirken, wobei die Selbstregelung des Getriebes entsprechend dem umgekehrten Verhältnis von Drehzahl und Drehmoment bestehen bleibt. Zu diesem Zwecke wird mit dem am Getriebegehäuse (7) gelagerten Slellhcbel (19) über Zahnrad (18) eine Verstellbewegung auf die Zahnkränze (16 und 17) und damit auf die Zahnräder (14 und 13) übertragen, die dureh zwei konzentrisch auf der Wandlerachse gelagerte Wellen mit jenen verbunden sind. Diese Vcrstellbcwegung, eine Relativ-Verdrehung der Zahnräder (13 und 14) ruft laut Fig. 1 eine Winkelbewcgung der beiden Kettenglieder der Stellwellen der Profilkriiinmungskettcn (15) hervor. Diese Winkelbewcgung teilt sich allen Schaufelgliedern mit und bedeutet eine Krümmungsveränderung der Profilkrümmungsketten (Schaufeln) (15). Durch diesen Vorgang wird die selbstregelnde Stabilisierung der Schaufeln (15) in der Strömung nicht beeinflußt, weil die Stabilisierung durch die Relativdrehung des Gehäusekranzes (12) zu den Zahnrädern (13 und 14) eingeleitet wird. Dabei ist die Stabilisierung so ausgelegt, daß bei jeder Schaufelbcwegung. die durch die Stabilisierung hervorgerufen wird, das Endkettcnglied (20) seinen Winkel zur Achsrichtung A-B des Wandlers beibehält. Beim Ausfiihrungsbeispiel in Fig. I muß daher das Übersetzungsverhältnis /wischen Zahnrad (13) und dem Zahnkran/, der Stellwelle der Schaufel (15) um ' ₂ differieren gegenüber dem Übersetzungsverhältnis des Zahnrades (14). Die zeitweise auftretenden Kräfte am Stellhebel entstehen dureh Stabilisieiungsvorgängc an den Schaufeln und sind so gering, daß sie die Bedienung des Stellhehels nicht beeintiächtigen und im übrigen durch eine leichte Sperrvorrichtung aufgenommen werden können.

Das Reaktionsrad (7, 8. 6) hat eine vereinfachte Aufhängung und Anlenkung seiner Profilkrümmungsketten. Diese Vereinfachung besteht darin, daü im Gegensatz zu den übrigen Hauptgliedern nur eini anstatt zwei (bzw. drei) Stellwcllen mit Stellzahnkran zcn benutzt werden, um der Schaufel (6) eine Krüm mungsbewcgungzu erteilen. Dabei muß das Endgliei (8) der Schaufel (6) fest mit dem frei drehbaren Gc häusckranz des Reaktionsrades verbunden sein bzw mit diesem eine Einheit bilden. Diese vcreinfachti Konstruktion ist nur anwendbar, bei den Profilkrüm mungskettcn, deren End- oder Anfangsgliedcr ihn Winkelstellung beibehalten. Der Vcrzahnungseingrif der Zahnkränze der Stellwellen liegt in diesem FaIK direkt auf den Druckpunktlinien (siehe Hauptpa tent).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler, bei dem die Krümmung der Schaufeln im Strö- > mungskreis durch automatische Selbststeuerung entsprechend den Betriebsverhältnissen verän- ' derlich ist und die einstellbaren Schaufeln aus Profilkrümmungsketten bestehen, nach Patent 2400779, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die den inneren und äußeren Strömungskanal des Wandlerkreislaufs bildenden Innen- und Außenschalen des Wandlers stellen konzentrisch ineinander angeordnete sphärische i< Schalenteile (4,12,9,22, 23) dar, wobei der innere und, der äußere Strömungskanal die einstellbaren Schaufeln (2,6,11,15) aufnehmen und die axialen Enden der sphärisch gekrümmten Kanäle über Umlenkkrümmer (8, .'<) 24) verbunden sind, in die sich die Beschaufelung (8,20) von zwei Leiträdern (6,7; 14, 15) erstreckt;

b) das in Strömungsrichtung vor dem Turbinenrad (11) angeordnete zweite Leitrad (21,15) Ji hat ebenfalls als Profilkrümmungsketten ausgebildete Schaufeln (15), die von außen willkürlich über ein Stellgetricbe (13,14,16 und 19) für Vorwärtslauf, Stillstand bzw. Rückwärtslauf der Turbinenwelle (Z) ein- to stellbar sind, wobei der in den Endkrümmer ragende Teil (20) der Leitradschaufel seine Winkelstellung nur unter dem Einfluß der willkürlichen Verstellung von außen ändert, jedoch bei allen Schaufelverstellungen, die π durch die Strömung veranlaßt werden, seine Winkelstellung grundsätzlich beibehält.

2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) zwei verschiedene Zahnkränze auf der» Stell- in wellen einer jeden Schaufel (Profilkrümmungskette) dieses zusätzlichen Leitrades (21) mit zwei verschiedenen Zahnrädern (13

u. 14) im Eingriff stehen, deren unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse die Profilän- r> dcrungdcr Schaufeln (15) bestimmen, wobei die Zahnräder (13 und 14) über zwei konzentrisch auf der Wandlerachse gelagerte Wellen mit den Zahnkränzen (17 u. 16) verbunden sind; w

b) die Zahnkränze (17 u. 16) sich mit einem Zahnrad (18) im Eingriff befinden, das drehbar im feststehenden Gehäuse (7) gelagert und mit einem Stellhebel (19) verbunden ist, durch den die Einstellung des Wandlers auf -,<; Vorlauf ( V),Stillstand(L) und Rücklauf (R) vorgenommen wird.

3. Wandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Schaufeln des Reaktionsrades (6, 7, 8), _b0 die ebenfalls als Profilkrümmungsketten ausgebildet sind, mit ihren Endgliedern (8) am Gehäusekranz befestigt sind; so daß der Gehäusekranz, der in diesem Bereich den Umlenkkrümmer (8) bildet, mit den Profil- _b5 ketten-Endgliedern eine Einheit bildet;

b) daß je Schaufel nur eine Stellwelle mit Stellzahnkranz benutzt wird, die das mit dem festen Endglied verbundene Schaufelglied bewegt, um der Schaufel (6) eine Krümmungsänderung zu erteilen, wobei der Verzahnungseingriff des Stellzahnkranzcs direkt auf der Druckpunktlinie liegt.