DE7337584U - Gegossenes Flügelrad für Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Zusammenfassung der Offenbarung

Gegossenes Flügelrad für Drehmomentwandler, das entweder das Pumpenrad- oder das Turbinenrad oder beides sein kann; es umfaßt ein Gehäuse, einen Kernring und eine dazwischenliegende Beschaufelung, wobei die Konfiguration des Gehäuses als auch des Kernringes und der Flügel, die gekrümmt sind und sich axial verjüngen, so ausgelegt ist, daß das Flügelrad unter Verwendung eines einheitlichen Kerns in einer Form gegossen werden kann.

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Dipl.-ing. Heinz Lesser, Pater.tcinwolt D —8 München 81, Cosimostrofie 81 · Telefon: (0811) 95 3C 20

Kabushiki Kaisha Daikin Seisakusho

250, 1-chome, Kida-Motomiya,

Neyagawa-Shi, L 10 205

Osaka/Japan L/ost

Gegossenes Flügelrad für Drehmomentwandler

Die Erfindung bezieht sich auf eine neuartige und verbesserte Gestaltung eines gegossenen Flügelradteils für Drehmomentwandler.

Ein Flügelrad zur Verwendung in einem Drehmomentwandler, sei es als Antriebspumpenrad oder als angetriebenes Turbinenrad, besteht aus einer kreisförmigen Anordnung von in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordneten, gebogenen Flügeln, einem Gehäuse, welches die Verbindung mit den Außenflächen der Flügel herstellt, und einem Kernring, der die Verbindung mit den Innenflächen der Flügel herstellt. Diese drei Teile definieren eine Vielzahl von Flüssigkeitswegen, von denen jeder, im Längsschnitt betrachtet, gewunden erscheint, einschließlich einer Mittellinie des Wand- j lers, und sie erscheint auch in schräger Richtung gewunden, von der jeweiligen Seite des Kernringes betrachtet.

In einem Drehmomentwandler, der mit drei Betriebskomponenten

ausgestattet ist, d.h. mit zwei einander zugewandten Flügel- i rädern, von denen eines eine Pumpe und das andere eine Turbine ist, wobei ein mit Flügeln ausgestattetes Leitrad zwischen der Pumpe und der Turbine festgelegt ist. bilden die

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in den .Teilen gebildeten Flüssigkeitswege eine Vielzahl von ringförmigen Pfaden, in denen eine spiralförmige Rotation der Arbeitsflüssigkeit während des Betriebs erzeugt wird, und zu gleicher Zeit kreisen die spiralförmigen Ströme um die Mittellinie oder um die Achse des Wandlers, und bilden somit eine wulstförmige Flüssigkeitssäule. Daher neigt die Form jedes Flüssigkeitsweges in den Flügelrädern dazu, kompliziert zu sein, wenn der Flüssigkeitsstrom gleichmäßig spiralförmig fließen soll. In einem zusammengesetzten Flügelrad, zum Beispiel, wenn die Flügel stärker gebogen sind, als die eines Pumpen- oder Leitrades, werden diese Flügel so gesehen, als ob sie an den Einlaß-und Auslaßteilen eingehüllt wären, wenn sie von deren Kernring aus betrachtet werden.

Aus dem oben genannten Grund wurde es für unmöglich gehalten, einen einheitlichen Kern zur Formung der gewundenen Wege herzustellen, sodaß bisher nur kurze Flügel verwendet worden sim Jeder kurze Flügel wurde an seinem äußeren Rand, d.h. dem Rand an der Seite des runden Gehäuses, mit einem ringförmigen flachen Abschnitt des runden Gehäuses verbunden, und an seinem inneren Rand, d.h. dem Rand an der Kernringseite, mit einem ringförmigen flachen Abschnitt des Kernringes versehen. Mit anderen Worten, es sollte ein ringförmiger flacher Abschnitt, mit einer bestimmten radialen Breite an den jeweils zugekehrten Wänden des runden Gehäuses und des Kernringes vorgesehen sein, um die Lage der gebogenen Flügel festzulegen

Bei einer derartigen Ausbildung des Flügelrades macht jeder Flüssigkeitsweg einen scharfen Bogen, von einer radialen Richtung in eine axiale Richtung, oder umgekehrt, wobei eine ungünstige Turbulenz verursacht wird. Darüberhinaus ist die

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Länge der Wand des Kernringes vergleichsweise groß, wodurch die Reibungsverluste in der Flüssigkeit erhöht werden. Dor Grund, warum die örtliche Festlegung und die Länge der gebogenen Flügel bei früheren Ausbildungen begrenzt waren, war der daß, wenn jeder Flügel an der gebogenen ringförmigen Wand des runden Gehäuses und des Kernringes vorgesehen worden wäre, ein einheitlicher Kern zur Bildung von spiralförmigen Flüssigkeitswegen unmöglich herzustellen gewesen sein muß. Das heißt, jeder Flügel wurde nicht als eine Linie gesehen, wenn man ihn von der Seite des Kernringes aus betrachtet hat. Daher konnte der Kern, wie z.B. ein Kern aus einer Harzform nicht vom Hauptmodell getrennt werden. Getrennte Kerne können verwendet werden, aber in einem solchen Fall muß die gleiche Anzahl Kerne wie Blätter hergestellt werden. Auch hat es sich erwiesen, daß solche Ausbildungen so teuer zu montieren sind, daß die Kosten der Drehmomentwandler außerordentlich erhöht wurden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zu vermitteln, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet. Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es daher, ein neuartiges und verbessertes, gegossenes Flügelrad für einen Drehmomentwandler zu schaffen, das unter Verwendung eines einheitlichen Kerns gegossen werden kann, um nicht nur die genauen Abmessungen der Struktur sicherzustellen, sondern auch deren Herstellung bei niedrigeren Kosten zu ermöglichen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges und verbessertes,gegossenes Flügelrad für einen Drehmomentwandler zu schaffen, das eine höhere Leistungsfähigkeit aufweist, und bei welchem die Flüssigkeitswege keine relativ scharfen Ecken aufweisen, und auch die Länge des Kernringes gekürzt wird, um auf diese Weise die Energieverluste, die durch die Turbulenz in der Flüssigkeit und durch die Reibung

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Dipl.-Ing, Heinz Lesset, Patentanwalt

D — 8 München 81,'Cosin-.oUiüfJo 81 ■ Tcli'ic-: (CSU) 95 >J 20

an der Wand des Kernringes verursacht werden, zu senken

Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden anhand der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles eines Drehmomentwandlers mit verbesserten, gegossenen Flügelrädern nachstehend erläutert.

Es zeigt: Fig. 1

eine Ansicht eines Längsschnittes der oberen Hälfte eines verbesserten Drehmomentwandlers;

Fig. IA ein Detail der Beschaufelung des Flügelrades, welches als Turbine arbeitet;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweiteilige Gußform, in welcher ein erfindungsgemäßes Flügelrad gegossen wird;

Fig. 3 einen Schnitt durch ein gegossenes Flügelrad, das nach einem bekannten Verfahren hergestellt wurde;

Fig. 4 Umrisse und Abmaße von drei Abschnitten eines Turbinenflügels nach Fig. 1;

Fig. 5 u. 6 Ansichten ähnlich Fig. 4, für einen Pumpenradflügel bzw. einen Leitradflügel nach Fig. 1;

Fig. 7 einen vereinfachten Schnitt zur Veranschaulichung einer Entwurfsmöglichkeit; und

Fig. 8 Umrisse dieser Flügel zur Veranschaulichung von deren "Einlaß- und Auslaßwinkel" nach dem

Dipl.-Ing. Heinz Lessar, l-oHntcmwoll D-B München 81, Cosirnosliaßt- 31 · Tclelon: (0811) 95 38 20

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SAE-System B.

Wie aus Fig. i ersichtlich., weist der Drehmomentwandler ein Antriebsflügelrad 11, das von einem nicht dargestellten Motor getrieben wird und als Pumpe arbeitet, und ein Leitrad

13 auf, welches auch mit Flügeln versehen ist.

Das umlaufende Pumpenrad 11 überträgt Energie auf eine Arbeit^ flüssigkeit, die wiederum Energie auf das Turbinenrad 12 überträgt und dieses antreibt, wobei das Turbinenrad 12 mit einer Abtriebswelle 26 gekoppelt ist.

Das mit Flügeln versehene Leitrad 13, welches zwischen den sich zugekehrten Pumpen- und Turbinenrädern 11,12 angeordnet ist, bleibt ortsfest unterhalb eines vorbestimmten Auslaß Einlaß-Geschwindigkeitsverhältnisses der Turbinen- und der Pumpenräder, um die Richtung der Flüssigkeit zur Energieumwandlung zu ändern.

Das Pumpenrad 11 ist mit einem Schwungrad 14 des nicht dargestellten Motors mittels einer Einrichtung verbunden, die eine ringförmige Antriebsplatte 15 aufweist, welche im äußeren Bereich an der Vorderseite des Schwungrades 14 durch in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete Bolzen 16 festgelegt ist. Der innere Bereich der Antriebsplatte ist an einer Nabe 18 durch in Umfangsrichtung mit Abstand voneinander angeordnete Bolzen 17 festgelegt, wobei die Nabe 18 einen Stummel 20 aufweist, auf dem das Schwungrad

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14 über ein Wälzlager/gelagert ist. Die Nabe 18 ist durch

Bolzen 17 am Gehäuse 19 festgelegt, welches einen ringförmig konkav gekrümmten Wandabschnitt aufweist, an den sich ein axial erstreckender Abschnitt anschließt. Der mit Flügeln versehene Teil des Pumpenrads 11, das erfindungsgema'ß in einem Stück gegossen v/ird, v/eist ein ringförmiges konkaves

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Gehäuse ¹Ia auf, welches an dem sich axial erstreckenden Teil des Gehäuses 19 durch Bolzen 22 festgelegt ist, und enthält außer mehreren gebogenen Flügeln 11b, die sich axial verjüngen und deren Außenflächen an die Gehäusewand 11a anschließen, einen Kernring 36a mit einer ringförmigen konvexen Wand 36b, welche im Längsschnitt ein gleichmäßiges gebogenes Profil aufweist, das an die Innenflächen der Flügel 11b anschließt. Ein Dichtring 23, der an der Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 19 '^d dem mit Flügeln versehenen Teil 11a des Pumpenrades vorgesehen ist, sorgt für eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegen die im Gehäuse befindliche Flüssigkeit. Das radiale innere Ende des mit Flügeln versehenen Teils Ila des Pumpenrades ist an einer Nabe 33 durch Bolzen 34 festgelegt.

Das gesamte Turbinenrad 12 wird auch in einem Stück gegossen und enthält eine ringförmige konkave Schale 35, die im Längsschnitt gleichmäßig gebogen ist, mehrere gekrümmte Flügel 37, die sich axial verjüngen und deren Außenflächen in die Wand des runden Gehäuses 35 übergehen, einen Kernring 36c mit einer ringförmigen konvexen Wand 36d, welche im Längsschnitt gleichmäßig gebogen ist, und in die Innenflächen der Turbinenflügel 37 übergeht. Das gegossene Turbinenrad 12 weist eine Keilnabe 24 auf, die im Eingriff mit einer Keilnut 25 der Abtriebswelle 26 ist, sodaß diese vom Turbinenrad angetrieben wird. Die Abtriebswelle 26 ist über Wälzlager 27 gegenüber der Nabe 18 und dem Gehäuse 19 gelagert Ein Haltering 28, der am inneren Ende des der Abtriebswelle 2€ benachbarten Wälzlagers 27 festgelegt ist, verhindert eine axiale Verlagerung der Welle.

Das mit Flügeln versehene Leitrad 13 ist, wie üblich, in einem Stück gegossen und an einer ortsfesten Hülse 29 festgelegt, die zwischen der Pumpennabe 33 und der Abtriebswelle

Dipl,-lng. Heinz lessor, Palentanwalt D —8 München 81, CcsimasltaHe 81 · Telelon; (0811) 9b 38 20

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26 vorgesehen ist und zwar mittels einer Einweg-Kupplung 30, die einen Süßeren Laufring 31 enthält, der am Leitrad 13 durch eine Keilnut 32 festgelegt ist. Wie bekannt, bleibt das Leitrad 13 somit während einer Beschleunigungsphase des Drehmomentwandlers bis zu einem vorbestimmten Einlaß-Auslaß-Geschwindigkeitsverhältnis fest auf der ebenfalls festliegenden Hülse 29. Bei einer über diesem Verhältnis liegenden Geschwindigkeit wird das Leitrad jedoch freigesetzt, so daß es in der gleichen Richtung umlaufen kann, wie das Turbinenrad 12, um so den Wandler als Flüssigkeitskupplung arbeiten zu lassen.

Das neuartige Konzept, das der Erfindung zugrundeliegt, betrifft sowohl die mit Flügeln versehenen Teile 11a, 11b, 36a des Pumpenrades 11, als auch die des Turbinenrades 12, da jedes ein rundes Gehäuse aufweist, welches mit einer ringförmigen konkaven Wand mit gleichmäßig gebogenem Profil im Längsschnitt versehen ist, sowie einem Kernring, der mit einer ringförmigen konvexen Wand mit gleichmäßig gebogenem Profil im Längsschnitt versehen ist, und einer in Umfangsrichtung \ vorgesehenen Anordnung von gebogenen und sich axial verjüngenden Flügeln, die an ihren Außenflächen mit der konkaven Wand des runden Gehäuses und an ihren Innenflächen mit der konvexen Wand des Kernringes verbunden sind. Um die Offenbarung zu vereinfachen, wird hier nur auf die Einzelheiten der Turbinenrads truktur 12 Bezug genommen.

Die detaillierte Ausbildung des in einem Stück gegossenen Turbinenrades 12 umfaßt das oben schon erwähnte ringförmige konkave Gehäuse 35, den konvex gebogenen Kernring 36c und die gekrümmte Beschaufelung durch die Flügel 37. Ein äußerer Randabschnitt 37a jedes Flügels 37 schließt entlang seiner Länge L an eine halbringförmigo Oberfläche der konkaven Wand 35a des Gehäuses 35 an. Ein innerer Randabschnitt 37b jedes Flügels schließt in ähnlicher Weise entlang seiner

DoI.-In.;, Heinü Lessar, Pulontpnwalt D — 8 Miind'L-ri b 1, CoiimuslM'¹';'· i 1 · Γι.'.·.·ίο:ι; (CfII/ '."j 36 ΪΊ //

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Länge L₂ an die konvexe Wand des Kernringes 36c an. Jeder Flügel 37 ist nicht nur in der Ebene nach Fig. 1 gebogen, sondern auch in schra'ger Richtung, was nicht gezeigt ist.

Ein Abschnitt des Flügels 37 am Rand 37a ist in Fig. 4A gezeigt. Ein ähnlicher Kantenabschnitt am Rand 37b ist in Fig. 4C gezeigt.

Wie man aus diesen Figuren erkennen kann, ist ein Randabschnitt des Einlasses 37c abgerundet und seine Krümmung ver-

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mindert sich Inder Richtung vom runden Gehäuse 37 zum Kernring 36c hin.

Erfindungsgemäß kann, obwohl jeder Flüge] 37 in derselben Ebene wie in Eig. 1 gekrümmt i&t und auch in schräger Richtunc jeder Flügel 37 als eine gekrümmte Linie angesehen werden , die sich in Richtung des Ker©ringes 36c leicht verjüngt, wenn man ihn axial von der Seite des Kernringes 36c aus betrachtet. Mit anderen Worten, jeder Flügel 27 besitzt eine vorbestimmte Verjüngung oder eine Abnahme zum Kernring 36c hin und zwar axial, wobei diese Verjüngung einen einheitlichen Kern (nicht gezeigt) erlaubt, der gleichmäßig aus einem Haupt-* modell (Mastermodel) herausgezogen werden kann, Wenn daher ein Schirm S schräg dazu aufgestellt wird, und die Abschnitte an beiden Rändern 37a, 37b axial auf aan Schirm S projiziert werden, fällt das Bild 37b¹ in das Bild 37a¹, wie in Fig. IA gezeigt.

Die Form jedes Flügel.: 37 ist so ausgebildet, daß sich das gleiche zwischen allen Abschnitten P., P₂ ereignet, wobei jeder der Abschnitte entlang der Strecke genommen wird,d.h. das Bild des Abschnittes P, ist im Bild des Abschnittes P₂ enthalten, wenn der Abschnitt P₂ näher an dem runden Gehäuse 35 liegt als der Abschnitt P..

Dipl.-lng. Heir.,-. Lesser, Patentanwalt D-S München 81, 'Cosimaitiaße 81 · Telefon: (C811) 95 38 20 y/J

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VJeiterhin erkennt man erfindungsgemäß, daß die konkave Wand 3 5a ein gleichmäßig gebogenes Profil aufweist, wenn in Längsrichtung betrachtet, wie in Fig. 1 gezeigt, und, daß sich die gebogene Wand 35a ringförmig erstreckt, um eine halbkreisförmige Oberfläche zu bilden, auf welcher die gekrümmten Flügel 37 mit einer gewünschten Länge L am Rand 37a anschliei sen. Der innere Rand 37b jedes Flügels schließt auch an die Wand 36d des Kernringes 36c an entlang einer gewünschten Länge L₂. Daher kann ein verhältnismäßig kurzer und gleichmäßiger Fluss·¹ gkeitsveg erzielt werden, in welchem die Turbulenz auf einem Minimum gehalten ist. Fast alle Flächen der Wände 35a, 36d tragen dazu bei, einen wirksamen Flüssigkeitsweg zu bilden, zusammen mit den Flügeln 37, womit die Wandfläche vor dem Einlaßrand 37c und hinter dem Auslaßrand 37d wegfällt, die im Falle der bekannten, gegossenen Flügelräder ungünstige Reibung erzeugte.

Jeder schräge Abschnitt des Flügels 37 hat die Konfiguration eines Stromlinienflügels und das Verhältnis von L./L* ist weit größer als 1. Dementsprechend erhöht sich das Hub-Widerstands-Verhältnis in großem Maße.. Auf diese Weise erhält man ein Turbinenrad mit einem hohen Leistungsmerkmal.

Erfindungsgemäß wird das Turbinenrad 12 unter Verwendung eines einheitlichen Kerns gegossen. Aus Fig. 2 ersieht man, daß der einheitliche Kern 38 zwischen zwei Gußform-Hälften aus Metall 39, 40 gelagert ist. Der Kern 38 ist aus ringförmigen Flanschen 41, 42 und dazwischenliegenden Verbindungsstücken 43 gebildet, Die Verbindungsstücke 43, di-= ringförmig angeordnet sind,bilden zwischen sich Hohlräume 37' zum Gießen der Flügelteile 37 (Fig. 1). Zwischen dem Kern 38 und der Formhälfte 39 ist ein Hohlraum 35' ausgebildet , um den Gehäuseteil 35 (Fig. 1) zu gießen. Der Hohlraum 36' zum Gießen des Ringteils 36c, der in Fig. 1 gezeigt ist, ist zwischen

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dem Kern 38 und der Gußform-Hälfte 40 ausgebildet. Ein Durchlaß 44 bildet einen Eingußkanal, durch den das geschmolzene Metall in die Formhohlräume 35', 36', und 37' eingespritzt wird, um so das Turbinenrad zu gießen.

Der innerhalb der Gußform angebrachte Kern kann leicht aus irgendeinem geeigneten Material, wie z.B. Harzsand, so hergestellt werden, daß jedes Verbindungsstück 43 mit der notwendigen Abnahme oder Verjüngung in axialer Richtung versehen ist. Daher sind der einheitliche Kern 38 und ein Hauptmodell (Masterstück) (nicht gezeigt), deren Form ähnlich der des in Fig. 1 veranschaulichten Turbinenrades 12 ist, leicht in axialer Richtung zu trennen.

Fig. 3 wurde aufgenommen zu Vergleichszwecken, um die Unterschiede zwischen einem bekannten, gegossenen Flügelrad und einem erfindungsgemäß hergestellten Flügelrad zu verdeutlichen.

Der Fig. 3 kann man entnehmen, daß der Flügel 45 gebogen ist nicht in der Ebene der Fig. 2 - sondern vielmehr in schräger Richtung, und, daß er relativ kurz ist. Die Flügel sind jeweils mit ringförmigen flachen Wänden 46a, 47a des Gehäuses 46 und des Kernringes 47 verbunden. Die Nachteile einer derartigen Ausbildung wurden oben schon dargelegt.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.l wurde das neuartige Konzept der Erfindung auch auf das Pumpenrad 11 wie auf das Turbinenrad 12 in gleicher Weise angewandt. Es wird jedoch nicht für erforderlich gehalten, die Konstruktion, dessen Gußform und den einheitlichen Kern im Einzelnen zu erläutern.

Das Pumpenrad 11 ist mit siebzehn Flügeln versehen; das Turbinenrad 12 weist dagegen achtundzwanzig Flügel auf; das

Dipl.-ing. Heinz Lessee, Pctentonvralt D — 8 München 81, Coiimos'ioOt ΕΊ · Tekior; !0Si 1) 95 3S 20 yJ L·.

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Leitrad 13 enthält äreiundzwanzig Flügel.

In den Fig. 4, 5 und 6 bedeutet der Ausdruck "A-SHELL" einen verbindenden Abschnitt zwischen einem Gehäuseteil und einem Flügelteil. Der Ausdruck "B-DESIGN-PATH" bezeichnet einen Abschnitt "D" in Fig. 7. Mit ¹¹C-CORE RING" wird ein verbindender Abschnitt zwischen dem Kernring und einem Flügelteil bezeichnet. Alle diese Flügel besitzen im Querprofil die Konfiguration eines Stromlinienflügels.

Das Längenverhältnis "L,/l,₂ im Turbinenrad 12 ist 2.1/1. Das Flächenverhältnis beim verbindenden Abschnitt S./S₂ ist 4.41/1.

Im Pumpenrad 11 ist das Verhältnis von L,/L₂ 1.73/1 und das Flächenverhältnis S₁AS₂ gleich 3/1.

ANSPRÜCHE:

Claims (3)

-^ ANSPRÜCHE

1. Gegossenes Flügelrad für Drehmomentwandler, mit einem Gehäuse, einem. Kernring und mit auf einem Kreis mit Abstand voneinander angeordneten gekrümmten Flügeln, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (35) als Schale mit ringförmiger, konkaver Innenwandfläche (35a) mit einem gleichmäßig gebogenen Profil im Längsschnitt ausgebildet ist und der Kernring (36c) eine ringförmige konvexe Außenwandfläche (36d) mit einem gleichmäßig gebogenen Profil im Längsschnitt aufweist, und sich jeder Flügel (37) axial zum Kernring hin verjüngt, wodurch die Verwendung eines einheitlichen Kerns innerhalb der Gußform, in welcher das Flügelrad gegossen wird, ermöglicht wird und somit relativ kurze und gleichmäßige Flüssigkeitswege innerhalb des Rades vorhanden sind.

2* Gegossenes Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Längen (L. bzw. L^) der Innenwandflächen (35a) des Gehäuses (35) und die den Flügeln (37) nächstliegenden Flächen (36d) des Kernringes (36c im Längsschnitt betrachtet, im wesentlichen übereinstimmen mit den Längen der Außen- bzw. Innenflächen der Flügel, wodurch die Betriebsleistung des Rades und gleichzeitig auch die Wandlerleistung erhöht werden.

3. Gegossenes Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jeder gekrümmte Flügel (37) einen stromlinienförmigen Querschnitt aufweist.