DE4319469C2 - Schaufelrad und Gerät zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1. Solche Schaufelräder finden als Laufräder für Drehmomentwandler Anwendung.

Ein Schaufelrad der eingangs genannten Art ist aus der US 4 133 091 bekannt. Dabei sind die Vorsprünge an den Schaufelblättern sowie die entsprechend zugehörigen Schlitze der Mantelhülse und des Kerns der Krümmungsrichtung des Schaufelblattes nachempfunden.

Bei der Herstellung von derartig angewinkelten Schlitzen in einer im Prinzip bogenförmig gekrümmten Wanne, wie der Mantelhülse, kommt es zu einem ungleichmäßigen Kraftangriff an dem Stanzwerkzeug, so daß auf dieses ein Biegemoment ausgeübt wird. Durch die Biegeschwellbelastung des Stanzwerkzeuges wird dessen Lebensdauer verkürzt. Zudem wird die Fertigungsqualität der herzustellenden Schlitze in negativer Weise beeinträchtigt, da aufgrund des um die schwache Achse des Stanzwerkzeuges ausgeübten Biegemoments zu Beginn des Stanzens das Stanzwerkzeug geringfügig in der bogenförmigen Wanne der Mantelhülse abgleitet.

Weiterhin ist aus der JP 58-91931 (A) ein Schaufelrad mit flachen, ungekrümmten Schaufelblättern bekannt, bei dem sich sämtliche Vorsprünge an den Schaufelblättern wie auch die zugehörigen Schlitze in dem Kern wie auch in der Mantelhülse auf einer Linie liegend streng in die Radialrichtung des Schaufelblattes erstrecken.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Schaufelblatt der eingangs genannten Art im Hinblick auf eine höhere Lagegenauigkeit der Halteschlitze für Schaufelblätter mit gekrümmten Seitenflächen sowie auch im Hinblick auf eine erhöhte Lebensdauer der hierzu erforderlichen Fertigungsmittel zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination von Patentanspruch 1 gelöst.

Mit dem erfindungsgemäßen Schaufelblatt können bei Schaufelblättern mit gekrümmten Seitenflächen der Herstellungs- und Zusammenbauaufwand erheblich reduziert werden. Zudem wird ein verbessertes Halten der Schaufelblätter in der Mantelhülse sowie in dem Kern über die Vorsprünge und Schlitze erzielt.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht überdies ein automatisierbares Zusammenbauen des Schaufelrades.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung anhand der in der Zeichnung beigefügten Figuren näher erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Querschnitt eines Schaufelrades gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen teilweisen Querschnitt einer Mantelhülse zur Verwendung bei dem Schaufelrad nach Fig. 1;

Fig. 3 eine teilweise Draufsicht auf die Mantelhülse nach Fig. 2;

Fig. 4 einen teilweisen Querschnitt eines bei dem Schaufelrad nach Fig. 1 verwendeten Kerns;

Fig. 5 eine teilweise Draufsicht auf den Kern nach Fig. 4;

Fig. 6 eine Seitenansicht einer in dem Schaufelrad nach Fig. 1 verwendeten Schaufel.;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Schaufel nach Fig. 6;

Fig. 8 einen teilweisen Querschnitt durch eine Stempelanordnung zur Formung von Vertiefungen der Mantelhülse nach Fig. 2;

Fig. 9 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "9" aus Fig. 8;

Fig. 10 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles "10" aus Fig. 8;

Fig. 11A und 11B schematische Querschnitte der Vertiefungen des Schaufelrades nach Fig. 1 und eines vergleichbaren, vorbekannten Schaufelrades;

Fig. 12 eine weitere Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein Schaufelrad 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, welches eine Mantelhülse 12, einen Kern 14 und eine Vielzahl von Schaufeln, d. h. Schaufelblättern 16 aufweist.

Nach Fig. 2 weist die Mantelhülse 12 die Form einer axialen Hälfte mit einem nahezu kreisförmigen Querschnitt auf. Die Mantelhülse 12 weist zwei Sätze von Schlitzen oder engen, langgestreckten Vertiefungen 12a und 12b auf. Diese sind auf einer Innenfläche eines teilkreisförmigen Querschnittsbereiches der Mantelhülse 12 angeordnet. Die Vertiefung 12a ist radial weiter außen als die Vertiefung 12b angeordnet. Weiterhin sind die Vertiefungen 12a und 12b nach Fig. 3 geformt und angeordnet, so daß sie mit Hinblick auf eine Draufsicht auf Mantelhülse 12 oder Schaufelrad 10 longitudinale Achsen aufweisen, die mit geraden Linien 20 und 22 zusammenfallen, welche sich radial durch die Mitte der Mantelhülse 12 oder des Schaufelrades 10 erstrecken. Die Vertiefung 12a ist schmal und rechteckförmig und so angeordnet, daß ihre Längsachse mit der Radiallinie 20 zusammenfällt. Ähnliches gilt im Falle der Vertiefung 12b. Die Radiallinien 20 und 22 schließen miteinander einen vorbestimmten Winkel θ ein, der abhängig von der Form der Schaufel 16 bestimmt ist. Wenn auch nur ein Satz von Vertiefungen 12a und 12b zur Sicherung einer der Schaufeln 16 dargestellt ist, sind in Wirklichkeit entsprechend eine Vielzahl von Sätzen solcher Vertiefungen 12a und 12b zur Sicherung entsprechender Schaufeln vorgesehen.

Nach Fig. 2 sind die Vertiefungen 12a und 12b so geformt und angeordnet, daß sie durch einen nicht dargestellten Oberstempel gebildet werden können, der sich in durch die Pfeile dargestellte Richtung bewegt, d. h. der sich parallel zur Drehachse 18 von Mantelhülse 12 oder Schaufelrad 10 bewegt.

Der Kern 14 ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt. Er weist ebenfalls die Form einer axialen Hälfte mit einem teilkreisförmigen Querschnitt auf. Der Kern 14 weist eine Vielzahl von Schlitzen 14a zum Eingriff von Flügeln 16 auf, auch wenn nur ein Schlitz dargestellt ist. Der Schlitz 14a wird durch einen nicht dargestellten Oberstempel gebildet, der sich in Richtung der in Fig. 4 dargestellten Pfeile bewegt, d. h. nach rechts und parallel zur Drehachse 18 von Kern 14 oder Schaufelrad 10. Der Schlitz 14a nach Fig. 5 ist auf einer Radiallinie 25 positioniert, d. h. er weist eine Längsachse bezüglich einer Draufsicht auf den Kern 14 oder das Schaufelrad 10 auf, die mit einer sich radial durch die Mitte von Kern 14 oder Schaufelrad 10 erstreckenden, geraden Linie zusammenfällt. Jede Schaufel 16 ist entsprechend zu den Fig. 6 und 7 geformt. Das heißt, die Schaufel 16, entsprechend zur Seitenansicht nach Fig. 6, hat ein mit der Mantelhülse in Eingriff stehendes Ende, das im Profil der inneren Peripherie der Mantelhülse 12 entspricht, und ein mit dem Kern in Eingriff stehendes Ende, das im Profil der inneren Peripherie des Kerns 14 entspricht. Die Schaufel 16 weist an ihrem mit der Mantelhülse in Eingriff stehenden Ende zwei Vorsprünge (im folgenden auch Finger) 16a und 16b und an ihrem mit dem Kern in Eingriff stehenden Ende einen Vorsprung (im folgenden auch Finger) 16c auf. Die Schaufel 16 nach Fig. 7 weist allmählich und flachgekrümmte Seitenflächen auf, wobei die Finger 16a und 16b so geformt und angeordnet sind, daß sie entsprechend in Position und Form den Vertiefungen 12a und 12b der Mantelhülse 12 entsprechen. Der Finger 16c ist ebenfalls geformt und angeordnet, um in Position und Form dem Schlitz 14a des Kerns 14 zu entsprechen. Das heißt, die Finger 16a, 16b und 16c sind so geformt und angeordnet, daß ihre Längsachsen bezüglich einer Draufsicht auf Schaufel 16 oder Schaufelrad 10 mit Radiallinien 20 und 22 der Mantelhülse 12 und der Radiallinie 24 des Kerns 14 zusammenfallen. Das heißt, die geraden Linien erstrecken sich entsprechend radial durch die Mitte des Schaufelrades 10.

Beim Zusammenbau des Schaufelrades 10 werden die Schaufeln 16 zuerst in der Mantelhülse 12 angebracht. Das heißt, die Finger 16a und 16b einer jeden Schaufel 16 werden in die entsprechenden Vertiefungen 12a und 12b der Mantelhülse 12 eingesetzt. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß die Finger 16a und 16b der Schaufel 16 und die Vertiefungen 12a und 12b der Mantelhülse 12 so geformt und angeordnet sind, daß sie miteinander durch relative Bewegung parallel zur Drehachse 18 des Schaufelrades 10 in Eingriff bringbar sind, und so angeordnet sind, daß, hinsichtlich einer Draufsicht auf Mantelhülse 12 oder Schaufelrad 10, deren Längsachsen mit geraden, sich radial durch die Mitte der Mantelhülse 12 oder das Schaufelrad 10 erstreckenden Linien zusammenfallen, so daß der Einbau der Schaufeln 16 an der Mantelhülse 12 leicht möglich ist. Demgemäß ist ein automatischer Zusammenbau von Schaufeln 16 und Mantelhülse 12 durch Verwendung einer automatischen Zusammensetzvorrichtung in einfacher Weise möglich. Darauffolgend wird der Kern 14 an den Schaufeln 16 angebracht. Dieser kann mit den Schaufeln 16 durch Schieben des Kerns 14 in Richtung der Schaufeln 16 verbunden werden, wobei der Kern 14 in einer solchen Weise positioniert wird, daß die Schlitze 14a mit den entsprechenden Fingern 16c der Schaufeln 16 zusammenfallen. In diesem Fall ist aus den gleichen Gründen wie vorstehend hinsichtlich des Zusammenbaus von Mantelhülse 12 und Schaufeln 16 erwähnt, ein automatischer Zusammenbau unter Verwendung einer automatischen Zusammenbauvorrichtung in einfacher Weise möglich. Nach Zusammenbau von Kern 14 und Schaufeln 16 werden die Finger 16c durch eine Biegevorrichtung umgebogen, um den Zusammenbau des Schaufelrades 10 zu vervollständigen.

In den Fig. 8 bis 10 ist eine Stempelanordnung zur Formung der Vertiefungen 12a und 12b durch ein Preßwerkzeug dargestellt. Nach Fig. 8 trägt ein unterer Stempelblock 30 Unterstempel 32 und 24. Der Unterstempel 32 ist ein ringförmiges Bauteil, das konzentrisch zu einer Mitte 36 der Stempelanordnung angeordnet ist und mit einer Vielzahl von radialen Nuten 32a nach Fig. 9 gebildet ist, welche entlang des Umfangs in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind. Weiterhin ist der Unterstempel 34 ein ringförmiges Bauteil, das innerhalb des Unterstempels 32 angeordnet ist und mit einer Vielzahl von radialen Nuten 34a ausgebildet ist, welche entlang eines Umfanges in vorbestimmten Intervallen angeordnet sind. Auf der anderen Seite trägt ein oberer Stempelblock 38 mittels einer Platte 40 Oberstempelhalter 42 und 44. Der Oberstempelhalter 42 trägt eine Vielzahl von Oberstempeln 46 zur Bildung der Vertiefungen 12a, während der Oberstempelhalter 44 eine Vielzahl von Oberstempeln 48 zur Bildung der Vertiefungen 12b trägt. Der Oberstempelhalter 42 ist ein ringförmiges Bauteil konzentrisch mit der Mitte 36 der Stempelanordnung. Die Oberstempel 46 sind nach Fig. 10 am Oberstempelhalter 42 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie entlang des Umfanges voneinander in vorbestimmten Intervallen beabstandet sind. In ähnlicher Weise ist der Oberstempelhalter 44 ein ringförmiges Bauteil konzentrisch zur Mitte 36 der Stempelanordnung. Die Oberstempel 48 sind im Oberstempelhalter 44 in einer solchen Weise angeordnet, daß sie entlang des Umfanges zueinander in vorbestimmten Intervallen beabstandet sind. Die Oberstempel 46 und 48 sind entlang des Umfanges um einen vorbestimmten Winkel θ voneinander beabstandet. Dieser ist durch Änderung der relativen Umfangsposition zwischen den Oberstempelhaltern 42 und 44 justierbar.

Werden die Vertiefungen 12a und 12b in der Mantelhülse 12 durch ein Preßwerkzeug unter Verwendung der oben beschriebenen Stempelanordnung gebildet, wird die Mantelhülse 12 zuerst auf die Unterstempel 32 und 34 aufgelegt. Dann wird der obere Stempelblock 38 nach unten bewegt, um die Oberstempel 46 und 48 gegen die Mantelhülse 12 zu drücken. Auf diese Weise werden die Vertiefungen 12a und 12b in der Mantelhülse 12 gebildet.

Im Falle einer Modifikation der Form des Schaufelrades 16 müssen die relativen Umfangspositionen der Vertiefungen 12a und 12b der Mantelhülse geändert werden. Dies ist durch Drehen der Unterstempel 32 und 34 um einen vorbestimmten Betrag relativ zueinander erreichbar, d. h. durch Veränderung der relativen Umfangsposition von Unterstempel 32 und 34.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß gemäß der Erfindung die Vertiefungen der Mantelhülse und die Schlitze des Kernes so geformt und angeordnet werden, daß sie sich radial erstrecken, wodurch Biegekräfte, denen die Stempel sonst unterliegen würden, eliminiert oder zumindest vermindert werden können. Dadurch wird die Lebensdauer der Stempel und dadurch die Lebensdauer der Stempelanordnung erheblich verlängert. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 11A einen Querschnitt der Vertiefung in einem Schaufelrad gemäß der Erfindung, während in Fig. 11B eine ähnliche Ansicht einer Vertiefung in einem vorbekannten Schaufelrad dargestellt ist. Die Querschnitte verlaufen bei einer Draufsicht ähnlich zu Fig. 3 entlang einer eine Radiallinie des Schaufelrades unter rechten Winkeln kreuzenden Linie. Aus den Fig. 11A und 11B ist verständlich, daß die Vertiefung bei dem vorbekannten Schaufelrad eine Biegekraft erzeugt, die in Umfangsrichtung der Mantelhülse verläuft und auf den Stempel während ihrer Bildung ausgeübt wird, wohingegen die Vertiefung des erfindungsgemäßen Schaufelrades keine solche Biegekraft hervorruft.

Weiterhin ist verständlich, daß gemäß der Erfindung die Vertiefungen mit schärferen Ecken ausgebildet sind, wodurch die Haltefähigkeit verbessert werden kann, mit der die Vertiefungen die Schaufeln halten.

Schließlich ergibt sich gemäß der Erfindung, daß der Zusammenbau von Schaufeln und Mantelhülse oder Kern mit einer höheren Effektivität möglich ist und ein automatischer Zusammenbau in einfacher Weise möglich ist.

Schließlich ergibt sich aufgrund der Erfindung, daß verschiedene Mantelhülsen für unterschiedlich gebildete Schaufeln durch die selbe Stempelanordnung formbar sind, wodurch die Herstellungskosten wesentlich reduzierbar sind.

Im Vergleich zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind verschiedene Modifikationen anhand der Erfindung möglich. Unter Schlitzen werden sowohl durchgehende Schlitze als auch Vertiefungen verstanden.

Weiterhin kann nach Fig. 12 der Kern 14 mit einem Paar von Schlitzen 14a zur Aufnahme eines entsprechenden Paares von Vorsprüngen (Finger) 16c einer Schaufel 16 ausgebildet sind, wobei diese Finger in ähnlicher Weise wie Finger 16a und 16b zur Verbindung mit der Mantelhülse 12 angeordnet sind. In diesem Fall kann eine Stempelanordnung ähnlich zur Stempelanordnung nach Fig. 8 zur Bildung solcher Schlitze verwendet werden.

Claims (7)

1. Schaufelrad (10) mit einer Mantelhülse (12), einem Kern (14) und einer Viel­ zahl von zwischen Mantelhülse und Kern angeordneten Schaufelblättern (16), bei dem die Mantelhülse (12) konzentrisch zu einer Drehachse (18) des Schaufelrades (10) angeordnet ist und einen nahezu kreisförmigen Profilquerschnitt aufweist, der Kern (14) konzentrisch zur Drehachse (18) des Schaufelrades (10) angeordnet ist und ei­ nen nahezu kreisförmigen Profilquerschnitt aufweist, der kleiner ist als der Profilquer­ schnitt der Mantelhülse (12), jedes der Schaufelblätter (16) mit seinem Rand gegen die Mantelhülse (12) und den Kern (14) anliegt, wobei jedes Schaufelblatt an seinem mit der Mantelhülse in Eingriff stehenden Rand Vorsprünge (16a, 16b) aufweist, die in entsprechend an der Mantelhülse ausgebildete Schlitze (12a, 12b) eingreifen, sowie mindestens einen Vorsprung (16c) an dem mit dem Kern in Eingriff stehenden Rand, der in einen am Kern ausgebildeten Schlitz (14a) eingreift, und jedes Schaufelblatt (16) gekrümmte Seitenflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12a, 12b, 14a) der Mantelhülse und des Kerns sich mit ihren Längs­ achsen in die Radialrichtung erstrecken, wobei die beiden Schlitze (12a, 12b) für je­ weils ein Schaufelblatt (16) an der Mantelhülse (12) in Umfangsrichtung der Mantel­ hülse gegeneinander versetzt angeordnet sind.

2. Schaufelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflä­ chen jedes Schaufelblattes (16) flach gekrümmt sind.

3. Schaufelrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12a, 12b) der Mantelhülse (12) als Vertiefungen und der Schlitz (14a) des Kerns (14) als Öffnung ausgebildet ist.

4. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12a, 12b, 14a) der Mantelhülse (12) und des Kerns (14) als Öffnun­ gen ausgebildet sind.

5. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelblätter (16) an ihrem mit dem Kern (14) in Eingriff stehenden Rand jeweils zwei Vorsprünge (16c) aufweisen, die in am Kern ausgebildete Schlitze (14a) eingesetzt sind.

6. Schaufelrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12a, 12b, 14a) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß sie durch eine Relativbewegung zwischen einem Oberstempel und einem Unterstempel parallel zur Drehachse (18) des Schaufelrades herstellbar sind.

7. Schaufelrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprün­ ge (16a, 16b, 16c) der Schaufelblätter (16) derart ausgebildet und angeordnet sind, daß die Schaufelblätter durch eine Relativbewegung parallel zur Drehachse (18) des Schaufelrades in die Schlitze (12a, 12b, 14a) der Mantelhülse und des Kerns einsetz­ bar sind.