DE4234687A1 - Kernloser drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Drehmomentwandler und bezieht sich im besonderen auf kernlose Drehmoment­ wandler, bei denen alle drei Hauptelemente (nämlich Pumpen­ rad, Turbinenrad und Leitrad) kernlos sind.

Um die Aufgabe der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, wird ein herkömmlicher kernloser Drehmomentwandler unter Be­ zugnahme auf Fig. 4 der beigefügten Zeichnungen in groben Zügen dargestellt, wobei der Drehmomentwandler in SAE Paper 8 61 213 gezeigt ist, und als "Drei Teile - zwei Stufen Typ" bezeichnet wird.

Wie in der Zeichnung gezeigt ist, umfaßt der kernlose Dreh­ momentwandler ein Pumpenrad 100, ein Turbinenrad 102 und ein Leitrad 104, welches die drei Hauptelemente des Drehmoment­ wandlers sind. Diese Hauptelemente 100, 102 und 104 weisen keine Kerne an ihren Schaufeln auf. Der Drehmomentwandler dieses kernlosen Typs kann die doppelte oder dreifache Drehmomentaufnahmekapazität gegenüber einem üblichen Drehmo­ mentwandler mit Kern aufweisen.

Hinsichtlich seines ihm innewohnenden Aufbaus hat der kern­ lose Drehmomentwandler jedoch einen Nachteil solcher Art, daß die Einbausteifigkeit der Schaufeln relativ gering ist und somit die Eigenfrequenz jeder Schaufel niedrig ist, da die Schaufeln des Pumpenrades 100 und des Turbinenrades 102 mit nach innen vorstehenden, winkelförmigen Abschnitten 100a und 102a ausgebildet sind, um in der Form mit dem Leitrad 104 übereinzustimmen. Dementsprechend neigen während des Betriebs des Drehmomentwandlers solche Schaufeln dazu, hin­ sichtlich einer Schwingungsübertragung von dem Motor und einem Druckstoß durch das Arbeitsfluid, das in dem Drehmo­ mentwandler fließt zu schwingen, was eine unerwünschte Span­ nungsspitze an den ausgesparten Teilen 100b und 102b der Schaufeln verursacht. Tatsächlich kann, wenn eine solche Spannung groß wird, ein Brechen auftreten.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen kernlosen Drehmomentwandler zu schaffen, der frei von dem zuvor erwähnten Nachteil ist.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein kernloser Drehmomentwandler geschaffen, der einfach aufgebaut ist, ohne daß auf dessen Ausführung verzichtet wird.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein kernloser Drehmomentwandler geschaffen, bei dem eine uner­ wünschte Schwingung der Schaufeln des Pumpenrades und des Turbinenrades unterdrückt oder zumindest minimiert werden kann.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird außerdem ein kernloser Drehmomentwandler geschaffen, bei dem die Lebens­ dauer der Schaufeln beträchtlich erhöht wird.

Entsprechend einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ein kernloser Drehmomentwandler geschaffen, der ein Pumpenrad umfaßt, das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine erste Leitkante aufweist, die nach vorne gerichtet ist; ein Turbinenrad umfaßt, das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jedes eine zweite Leit­ kante aufweist, die nach hinten gerichtet ist; und ein Leit­ rad umfaßt, das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede Vorder- und Hinterkanten aufweist, die jeweils der zweiten und ersten Leitkante gegenüberliegt, wobei jede der ersten und zweiten Leitkanten sich im allgemeinen gerade erstreckt, und die radial nach außen und innen gerichteten Abschlußenden verbindet.

Entsprechend einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein kernloser Drehmomentwandler geschaffen, der eine Drehmomentwandlerabdeckung umfaßt, die mit einem Motordreh­ moment beaufschlagt wird; ein Pumpenrad umfaßt, das koaxial mit der Drehmomentwandlerabdeckung verbunden ist, um damit zu rotieren, wobei das Pumpenrad mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine erste Leitkante aufweist, die nach vorn gerichtet ist, ein Turbinenrad umfaßt, das zwischen der Drehmomentwandlerabdeckung und dem Pumpenrad in solcher Weise zwischengeschaltet ist, daß diese dem Pumpen­ rad gegenüber liegt, wobei das Turbinenrad mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von den jede eine zweite Leitkante aufweist, die nach hinten gerichtet ist; eine Turbinennabe umfaßt, auf dem das Turbinenrad koaxial angebracht ist, um mit diesem zu rotieren, wobei die Turbinennabe angepaßt ist, mit einer Eingangswelle einer getriebenen Vorrichtung ver­ bunden zu werden; und ein Leitrad umfaßt, das zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordnet ist und mit einem Gehäuse über eine Freilaufkupplung verbunden ist, wobei das Leitrad mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jedes vordere und hintere Kanten aufweist, die jeweils der zweiten und ersten Leitkante gegenüberliegen, wobei jede der ersten und zweiten Leitkante sich gerade erstrecken und die radial nach außen und innen gerichteten Abschlußenden ver­ binden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines kernlosen ′Drehmoment­ wandlers entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, die aber die Strömung eines Arbeitsfluids in dem Drehmomentwandler zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Wirksamkeit des kernlosen Drehmomentwandlers der Erfindung und die eines herkömmlichen Drehmomentwandlers zeigt;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines herkömmlichen kernlosen Drehmomentwandlers.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 der Zeichnungen ist ein kern­ loser Drehmomentwandler entsprechend der vorliegenden Erfin­ dung gezeigt.

Der Drehmomentwandler umfaßt eine Drehmomentwandlerabdeckung 10, die mit einem Motordrehmoment beaufschlagt wird. Die Drehmomentwandlerabdeckung weist ein Pumpenrad 12 auf, das daran befestigt ist. Dem Pumpenrad gegenüberliegend angeordnet ist ein Turbinenrad 14, das auf einer Turbinennabe 16 angebaut ist. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, ist eine Eingangswelle eines Getriebes koaxial mit der Turbinennabe 16 verbunden. Zwischen dem Pumpenrad 12 und dem Turbinenrad 14 ist ein Stator oder Leitrad 18 angeordnet, das mit einem Gehäuse (nicht gezeigt) über eine Freilaufkupplung 20 verbunden ist. Das Pumpenrad 12, das Turbinenrad 14 und das Leitrad 18 sind die drei Hauptelemente des Drehmomentwandlers. Wie aus der Zeichnung zu verstehen ist, werden die Schaufeln, die zu diesen drei Hauptelementen 12,14 und 18 gehören, an einer gewissen Position zusammengeführt, sind aber kernlos.

Wie aus Fig. 1 zu sehen ist, streckt sich die Leitkante 12 c jeder Schaufel des Pumpenrades 12 schrägwinklig, verbindet aber geradlinig die radial nach außen gerichteten und innen gerichteten Abschlußenden 12a und 12b. Die Leitkante 12c ist bezüglich einer Achse X-X des Drehmomentwandlers ge­ neigt.

Auf gleiche Weise erstreckt sich die Leitkante 14c jeder Schaufel des Turbinenrades 14 schrägwinklig, aber verbindet geradlinig die radial nach außen und innen gerichteten Ab­ schlußenden 14a und 14b. Die Leitkante 14c ist bezüglich der Achse X-X geneigt.

Wie gezeigt ist, sind die Leitkante 12c jeder Schaufel des Pumpenrades 12 und die Leitkante 14c jeder Schaufel des Turbinenrades 14 so geneigt, daß sie ihren Abstand unterein­ ander mit Erhöhung des radialen Abstandes von der Achse X-X des Drehmomentwandlers vermindern.

Jede Schaufel des Leitrades 18 ist im allgemeinen trapez­ förmig, wie das Leitrad 104 des herkömmlichen kernlosen Typs (siehe Fig. 4). Nach vorn und hinten geneigte Kanten 18a und 18b der Schaufel des Leitrades 18 erstrecken sich je­ weils parallel zu den Leitkanten 14c und 12c des Turbinen­ rades 14 und des Pumpenrades 12. Somit sind jeweils gleiche Abstände "t" zwischen der vorderen Kante 18a des Leitrades 18 und der Leitkante 14c des Turbinenrades 14 und zwischen der hinteren Kante 18b und der Leitkante 12c des Pumpen­ rades 12 definiert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des kernlosen Drehmoment­ wandlers der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben.

Wenn ein Motordrehmoment über die Drehmomentwandlerabdeckung 10 auf das Pumpenrad 12 aufgebracht wird, wird das Arbeits­ fluid in dem Drehmomentwandler gezwungen, eine Zirkulations­ strömung durch das Pumpenrad 12, das Turbinenrad 14, das Leitrad 12 und zurück zum Pumpenrad 12 zu durchlaufen. Hin­ sichtlich der Arbeit des Laufrades 12, wird das Eingangs­ drehmoment erhöht. Das erhöhte Drehmoment wird an die Ein­ gangswelle (nicht gezeigt) des Getriebes über das Turbinen­ rad 14 und die Turbinennabe 16 abgegeben.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Wirksamkeit des kernlosen Drehmomentwandlers der vorliegenden Erfindung darstellt, die durch gestrichelte Linien dargestellt ist. Zum Vergleich wird die Wirksamkeit des herkömmlichen Drehmomentwandlers von Fig. 4 ebenfalls, durch Vollinien dargestellt. Aus diesem Diagramm ist zu verstehen, daß in Verbindung mit dem Drehmomentverhältnis und der Wirksamkeit, der herkömm­ liche Drehmomentwandler und der nach der Erfindung im wesentlichen die gleiche Wirksamkeit zeigen.

In Verbindung mit dem Drehmomentleistungskoeffizienten zeigt die Erfindung einen kleineren Wert bei einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis (nämlich auf der Stillstandsseite) verglichen mit dem herkömmlichen Drehmomentwandler. Dies rührt daher, daß bei einem niedrigeren Übersetzungsver­ hältnis das Arbeitsfluid, das durch die geradlinigen Ab­ schnitte fließt, die den winkelförmigen Abschnitten 100a und 102a des herkömmlichen Drehmomentwandlers entsprechen, stark die gesamte Strömung des Arbeitsfluids im Drehmoment­ wandler beeinflußt. Das heißt, wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, bei einem höheren Übersetzungsverhältnis nimmt die ein­ dimensionale mittlere Strömung des Arbeitsfluids eine relativ außenliegende Bahn ein, wie durch die durchgehende Linie veranschaulicht ist, während bei einem niedrigeren Übersetzungsverhältnis die mittlere Strömung gezwungen wird, eine relativ innenliegende Bahn einzunehmen, wie durch die gestrichelte Linie veranschaulicht ist, wobei die Bahn die geradlinigen Abschnitte aufweist, die den winkelförmigen Ab­ schnitten 100a und 102a des herkömmlichen Drehmomentwand­ lers entsprechen. Es ist anzumerken, daß die Verminderung beim Drehmomentleistungskoeffizienten auf der Stillstands­ seite einen niedrigeren Benzinverbrauch im Leerlaufzustand des Motors hervorruft, sowie eine Verbesserung bei der Be­ schleunigungsfähigkeit des zugeordneten Fahrzeugs beim An­ fahren bewirkt.

Im folgenden werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Da jede Schaufel des Pumpenrades 12 und jede Schaufel des Turbinenrades 14 die zuvor erwähnten geradlinigen Leitkanten 12c und 14c aufweisen, die jeweils die radial nach außen und innen gerichteten Abschlußenden 12a und 12b (oder 14a und 14b verbinden, können das Pumpenrad 12 und das Tur­ binenrad 14 einen sehr robusten Aufbau aufweisen. Das heißt, die Einbausteifigkeit der Schaufeln von dem Pumpenrad 12 in dem Turbinenrad 14 ist hoch, verglichen mit der von zuvor erwähnten herkömmlichen kernlosen Drehmomentumwandlern. Das bedeutet, daß die Eigenfrequenz jeder Schaufel des Pumpen­ rades 12 und des Turbinenrades 14 hoch wird. Das heißt, hin­ sichtlich eines solchen stark robusten Aufbaus des Pumpen­ rades 12 und des Turbinenrades 14, wird die Eigenfrequenz jeder Schaufel über den normalen Frequenzbereich hinaus er­ höht, der bei einer normalen Betriebweise des Drehmoment­ wandlers gegeben ist. Dementsprechend wird die unerwünschte Resonanzschwingung der Schaufeln unterdrückt oder zumindest minimiert. Sogar wenn eine solche Resonanzschwingung statt­ findet, wird die Amplitude der Schwingung gesteuert klein gehalten.

Wegen des einfachen Aufbaus jeder Schaufel des Pumpenrades 12 und des Turbinenrades 14 (das heißt, der Aufbau hat keine winkelförmigen Abschnitte, wie die Abschnitte 100a und 102a des herkömmlichen Drehmomentwandlers), tritt die uner­ wünschte Spannungsspitze nicht auf. Dieser Vorteil wird noch ausgeprägter, wenn die Schaufeln jedes Pumpenrades 12 und des Turbinenrades 14 aus einem in Form gepreßten Metallblech aufgebaut sind. Wenn außerdem die Schaufeln durch Gießen aufgebaut sind, wird verhindert, daß das Erzeugnis uner­ wünschte Gaseinschlüsse wegen des gleichförmigen Strömens des geschmolzenen Metalls in die Form hinsichtlich des ein­ fachen Aufbaus des Hohlraums der Form hat.

Wenn der kernlose Drehmomentwandler bei einem Kraftfahrzeug angewendet wird, wird nicht nur ein niedrigerer Kraftstoff­ verbrauch im Leerlaufzustand, sondern auch Verbesserungen bei der Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeugs beim Anfahren erzielt.

Obwohl die Leitkanten 12c und 14c des Pumpenrades 12 und des Turbinenrades 14 als sich geradlinig erstreckend beschrieben wurden, können die Leitkanten 12c und 14c auch etwas gekrümmt verlaufen, wenn sie sich zwischen den nach außen und innen gerichteten Abschlußenden 12a, 14a, 12b und 14b erstrecken.

Claims (7)

1. Kernloser Drehmomentwandler, mit einem Pumpenrad (12), das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine erste Leitkante (12c) aufweist, die nach vorn gerichtet ist;
einem Turbinenrad (14), das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von den jede eine zweite Leitkante (14c) aufweist, die nach hinten gerichtet ist;
einem Leitrad (18), das mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine vordere und hintere Kante (18a, 18b), die jeweils der ersten und zweiten Leitkante (14c, 12c) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet,
daß jede der ersten und zweiten Leitkanten (12c, 14c) sich im allgemeinen geradlinig erstreckt, und die radial außen und innen liegenden Abschlußenden (12a, 12b; 14a, 14b) verbindet.

2. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Leitkante (12c, 14c) so geradlinig und geneigt sind, daß sich der Abstand zwischen ihnen mit Anwachsen eines radialen Abstandes von einer Achse des Drehmomentwandlers vermindert.

3. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere und hintere Kante (18a, 18b) des Leitrades (18) geneigt sind und sich parallel zu den zweiten und ersten Leitkanten (14c, 12c) erstrecken.

4. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweilige gleiche Zwischenräume zwischen der ersten Leitkante (12c) und der hinteren Kante (18b) und zwischen der zweiten Leitkante (14c) und der vorderen Kante (18a) definiert sind.

5. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ersten und zweiten Leitkanten (12a, 14a) leicht gekrümmt sind.

6. Kernloser Drehmomentwandler, mit
einer Drehmomentwandlerabdeckung (10), die mit einem Motordrehmoment beaufschlagt wird;
einem Pumpenrad (12), das koaxial mit der Drehmomentwandlerabdeckung (10) verbunden ist, um sich mit diesem zu drehen, wobei das Pumpenrad (12) mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine erste Leitkante (12c) aufweist, die nach vorn gerichtet ist;
einem Turbinenrad (14), das zwischen der Drehmomentwandlerabdeckung (10) und dem Pumpenrad (12) in solcher Weise angeordnet ist, daß es dem Pumpenrad (12) gegenüberliegt, wobei das Turbinenrad (14) mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine zweite Leitkante (14c) aufweist, die nach hinten gerichtet ist;
einer Turbinennabe (16), auf der ein Turbinenrad (14) koaxial angebracht ist, um sich mit diesem zu drehen, wobei die Turbinennabe (16) angepaßt ist, mit einer Eingangswelle einer getriebenen Vorrichtung verbunden zu werden; und
einem Leitrad (18), das zwischen Pumpenrad (12) und Turbinenrad (14) angeordnet ist und mit einem Gehäuse über eine Freilaufkupplung (20) verbunden ist, wobei das Leitrad (18) mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine vordere und hintere Kante (18a, 18b) aufweist, die jeweils der zweiten und ersten Leitkante (14c, 12c) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet,
daß jede der ersten und zweiten Leitkanten (12c, 14c) sich geradlinig erstrecken und deren radial außen und innen liegenden Abschlußenden (12a, 12b; 14a, 14b) verbinden.

7. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Leitkante (12c, 14c) so geneigt sind, daß der Abstand zwischen ihnen sich mit Anwachsen eines radialen Abstandes von einer Achse des Drehmomentwandlers ver­ mindert, und bei dem die vordere und hintere Kante (18a, 18b) des Leitrades (18) geneigt sind und sich parallel zu der zweiten und ersten Leitkante (14c, 12c) erstrecken.