DE765021C

DE765021C - Cooling for turbo converters, especially in rail locomotives

Info

Publication number: DE765021C
Application number: DEM151198D
Authority: DE
Inventors: Juergen V Dipl-Ing Fahland; Hermann Dipl-Ing Gros; Richard Lang
Original assignee: Maybach Motorenbau GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1941-06-24
Filing date: 1941-06-24
Publication date: 1953-02-16
Also published as: CH227657A; FR884084A

Description

Kühlung für Turbowandler, besonders in Schienentriebfahrzeugen Die Erfindung betrifft eine besonders vorteilhafte unmittelbare Kühlung für die Arbeitsflüssigkeit eines Turbowandlers.Cooling for turbo converters, especially in rail locomotives Die The invention relates to a particularly advantageous direct cooling for the working fluid a turbo converter.

An Stelle der üblichen umständlichen und teuren Kühlung der Arbeitsflüssigkeit eines derartigen Wandlers, wobei dauernd verhältnismäßig große Mengen Arbeitsflüssigkeit in Umlauf gehalten und durch das Getriebe hindurchgeführt werden, die ja in erster Linie durch die beim Anfahren in kürzesten Zeiträumen abzuführenden großen Wärmemengen bestimmt sind und wofür ein besonders großer Wärmeaustauscher erforderlich ist, ist es durch die Ausbildung eines Turbowandlers nach der Erfindung möglich, eine auf kleinen Raum beschränkte, außerordentlich leistungsfähige Kühlung zu erzielen und dadurch eine betriebssichere und anpassungsfähige Kraftübertragung zu erhalten, die insbesondere für Kraftfahrzeuge, z. B. Schienentriebwagen oder Lokomotiven, geeignet ist.Instead of the usual cumbersome and expensive cooling of the working fluid such a converter, with relatively large amounts of working fluid constantly kept in circulation and passed through the gearbox, which is the first Line through the large amounts of heat to be dissipated in the shortest possible time when starting up are determined and what a particularly large heat exchanger is required for, it is possible by the formation of a turbo converter according to the invention, a to achieve extremely efficient cooling that is limited to a small space and thereby to obtain a reliable and adaptable power transmission, in particular for motor vehicles, e.g. B. rail cars or locomotives, suitable is.

Man hat zwar schon versucht, Turbokupplungen oder Turbowandler durch einen Luftstrom oder durch Flüssigkeit zu kühlen. Bei einer bekannten Ausführung wird ein Teil der Arbeitsflüssigkeit hinter dem Pumpenrad aus dem Strömungskreislauf abgeleitet und zwischen den Außenwandungen des Turbinenrades und des Leitwerks einerseits und der Wandung des diesenTeil schalenförmig umgebenden umlaufenden Gehäuses des Pumpenrades andererseits abgeführt und dann in den Kreislauf wieder eingeleitet. Diese Ausführung hat vor allem die -Nachteile, daß nur ein geringes Wärmegefälle zwischen den in den Arbeitsräumen und dem Kühlmantel befindlichen Flüssigkeiten zur Verfügung steht und daß die Weiterleitung der Wärme an die umgebende Luft ebenfalls wenig wirksam ist. Diese Einrichtung genügt deshalb nur für geringeWärmeleistungen. Dazu kommen die den Wirkungsgrad des Getriebes nachteilig beeinflussenden verschiedenen Umfangsgeschwindigkeiten der Wände des Kühlraums. Auch andere bekanntgewordene Einrichtungen erreichen keine genügende Wirkung und Betriebssicherheit. Vor allem eignen sich diese nicht für größere Antriebsleistungen, da die Kühlflächen ungenügend sind, das Kühlmittel nicht zwangsläufig geführt ist oder das Kühlmittel an laufenden Teilen entlang geführt werden muß, infolgedessen die Abdichtung schwierig ist usw. Man ist deshalb von derartigen Kühlungen «-leder abgegangen.Attempts have already been made to use turbo couplings or turbo converters to cool by a stream of air or by liquid. In a known design some of the working fluid is removed from the flow circuit behind the impeller derived and between the outer walls of the turbine wheel and the tail unit on the one hand and the wall of the circumferential shell-shaped surrounding this part Housing of the impeller on the other hand is discharged and then reintroduced into the circuit. This version has the main disadvantages that only a small heat gradient between the fluids in the work rooms and the cooling jacket is available and that the transfer of heat to the surrounding air also is ineffective. This device is therefore only sufficient for low heat outputs. In addition, there are the various factors that have a negative impact on the efficiency of the transmission Circumferential speeds of the walls of the cold room. Also other known institutions do not achieve a sufficient effect and operational safety. Most of all are suitable these are not for larger drive powers, as the cooling surfaces are insufficient, the coolant is not necessarily routed or the coolant on moving parts must be passed along, as a result of which the seal is difficult, etc. Man has therefore moved away from such cooling leather.

Durch die Erfindung wird eine außerordentlich wirksame Kühlung für Turbowandler dadurch geschaffen, daß das stillstehende, das Leitwerk bildende, das Pumpenrad und das Turbinenrad umschließende Gehäuse mit Kühlräumen versehen ist, die von einem zwangsläufig geführten Kühlmittelstrom zur unmittelbaren Abführung der in der Arbeitsflüssigkeit des hydraulischen Kreislaufs enthaltenen Wärme durchflossen werden.The invention is an extremely effective cooling for Turbo converter created by the fact that the stationary, the tail unit forming the The pump wheel and the housing surrounding the turbine wheel are provided with cooling spaces, that of a forced coolant flow for immediate discharge the heat contained in the working fluid of the hydraulic circuit flows through it will.

Nach der Erfindung wird weiterhin das Gehäuse an den Durchtrittstellen gut abgedichtet und nur eine kleine Menge Arbeitsflüssigkeit zum -Nachfüllen dem hydraulischen Kreislauf zugeführt.According to the invention, the housing is also at the passages well sealed and only a small amount of working fluid to refill the hydraulic circuit supplied.

Durch die durch die Erfindung angegebene Ausbildung ergeben sich grolle Kühlflächen, großes Wärmegefälle und dadurch ein insbesondere für die Übertragung großer Antriebsleistungen und für hohe Wandlungsgrade ge-igneter Drehmomentwandler. Durch die besonders starke und rasch anpassungsfähige Kühlung wird hohe Betriebssicherheit erreicht und ein wesentlich kleinerer Raum als bisher benötigt. Ein mit einer Kühlung nach der Erfindung versehener Drehmomentwandler ist deshalb besonders für gedrängte Einbauverhältnisse, z. B. bei Schienentriebfahrzeugen, geeignet. Gegenüber der bisher wirksamsten Kühlungsart mit Kühlung des Arbeitsmittels außerhalb des Wandlers läßt sich eine mehrfache Kühlwirkung erzielen. Der Wandler kann mit Temperaturen der Arbeitsflüssigkeit betrieben werden, die nahe der höchstzulässigen Grenztemperatur liegen, da die Wärmeabfuhr unmittelbar an den Stellen erfolgt, an denen die Wärme erzeugt wird. Dadurch ergibt sich eine wesentlich geringere Empfindlichkeit der betreffenden Kraftanlage beim Anfahren oder bei hoher Belastung. Die übertragene Leistung eines derartigen hydraulischen Drelimomentwandlers fäßt sich ohne Linderung der eigentlichen Wandlerabmessungen etwa auf das Dreifache steigern. Die Höhe und der Verlauf des Wirkungsgrades des Dreliinoinentwandlers werden durch die Anwendung der Kühlung nach der Erfindung außerordentlich günstig beeinflußt, da die bei den üblichen Ausführungen hohen Spaltverluste vermieden und wesentlich gleichmäßigere Druck- und Temperaturverhältnisse erzielt werden.The training indicated by the invention results in grolle Cooling surfaces, large heat gradient and therefore a particular one for the transfer large drive power and torque converter suitable for high conversion rates. The particularly strong and quickly adaptable cooling ensures a high level of operational reliability achieved and required a much smaller space than before. One with a cooling Torque converter provided according to the invention is therefore particularly suitable for the crowded Installation conditions, e.g. B. in rail locomotives, suitable. Compared to previously most effective type of cooling with cooling of the working medium outside the converter achieve a multiple cooling effect. The converter can with temperatures of the Working fluid that is close to the maximum permissible limit temperature is operated because the heat is dissipated directly at the points where the heat is generated is produced. This results in a much lower sensitivity of the relevant power plant when starting up or under high load. The transferred Performance of such a hydraulic torque converter can be summarized without relief increase the actual transducer dimensions by about three times. The height and the course of the efficiency of the Dreliinoin converter are determined by the application the cooling according to the invention influenced extremely favorably, since the common designs avoid high gap losses and are much more even Pressure and temperature conditions can be achieved.

Während bei Turbowandlern mit bekannten, vom Wandler selbst getrennten Kühlungen dauernd große 'Mengen Arbeitsflüssigkeit und entsprechend beträchtliche Förderleistung erforderlich sind, um Schaumbildung und <lie Beeinträchtigung der Übertragungsfähigkeit infolge der durch die Dichtungsspalte abfließenden sehr veränderlichen Flüssigkeitsmengen zu verhindern, ergeben sich bei einer Kühlung nach der Erfindung nurkleine Flüssigkeitsverluste, die Schaumbildung und die dadurch auftretenden -Nachteile sind sicher vermieden, und es können kleine Förderpumpen für die Arbeitsflüssigkeit verwendet werden.While with turbo converters with known ones, separated from the converter itself Cooling continuously large 'amounts of working fluid and correspondingly considerable Delivery rates are required to prevent foam formation and <lie impairment the transferability due to the drainage through the sealing gap To prevent variable amounts of liquid, arise with a cooling according to the invention only small liquid losses, the foam formation and the resulting Any disadvantages that occur are safely avoided, and small feed pumps can be used can be used for the working fluid.

An den Wärme unmittelbar überleitenden Wänden der Kühlräume werden vorteilhafterweise Rippen zur Erhöhung des Wärmeübergangs angebracht.Be on the walls of the cold rooms that directly conduct heat advantageously attached ribs to increase the heat transfer.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung und gute Kühlwirkung werden dadurch erreicht, daß in dem Kernraum des Drelimomentwandlers ein weiterer Kühlraum angeordnet wird, der ebenfalls von Kühlmitteln durchflossen wird. Besonders einfache Bauart und gute Wirksamkeit werden dadurch erreicht, daß das Kühlmittel in Umfangsrichtung um das Gehäuse geleitet wird.A particularly advantageous design and good cooling effect will be achieved in that a further cooling space in the core space of the torque converter is arranged, which is also traversed by coolants. Particularly simple Design and good effectiveness are achieved that the coolant in the circumferential direction is routed around the housing.

Besondere Vorteile ergeben sich weiterhin dadurch, daß als Kühlmittel das Kühlwasser des Antriebsmotors verwendet wird, da in diesem Fall besondere Umlaufpumpen für die Wandlerkühlung nicht benötigt werden, nur eine geringe Vergrößerung des vorhandenen Kühlers erforderlich und die Leitungsführung für das Kühlmittel vereinfacht ist.Particular advantages also result from the fact that as a coolant the cooling water of the drive motor is used, as in this case special circulation pumps are not required for the converter cooling, only a small enlargement of the existing cooler is required and the line routing for the coolant is simplified is.

Die Erfindung läßt sich sowohl bei rein hydraulischem Antrieb als auch mit besonderem Vorteil bei Kraftübertragungen mit einem Drehmomentwandler in Verbindung mit einem mechanischen Wechselgetriebe anwen- j den.The invention can be used both with a purely hydraulic drive also with particular advantage in power transmissions with a torque converter in Use connection with a mechanical change gearbox.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von hydrodnamischen Drehinomentwandlern nach der- Erfindung großenteils schematisch dargestellt.In the drawing are two embodiments of hydrodynamic Torque converters according to the invention largely shown schematically.

Abb. r zeigt einen Querschnitt durch einen Wandler, Abb.2 einen solchen durch einen zweiten Wandler, dessen Turbinenrad verschiebbar ist nach der Linie B-B der Abb. 3 Abb. 3 ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Abb. 2.Fig.r shows a cross section through a transducer, Fig 2 such by a second converter, the turbine wheel of which is displaceable according to the line B-B of Fig. 3 Fig. 3 is a section along the line A-A of Fig. 2.

Im Abb. i bedeuten i das stillstehende Gehäuse mit dem Arbeitsraum des Wandlers, 2 einen Kühlraum, der den Wandler umgibt, 3 die Zuleitung für Kühlwasser zu dem Raum 2, die Ableitung desselben. Der Stutzen .4 liegt vor der Bildebene. Zwischen beiden ist eine in der Zeichnung nicht darstellbare, etwa der Bildebene entsprechende Wand über den ganzen Kühlraum :2 angebracht. 5 ist ein Deckel, durch welchen das W`andlergehäuse nach rechts hin verschlossen wird und der ebenfalls einen Kühlmantel 6 besitzt. Durch Schraubenverbindungen ist einerseits der Innenraum des Wandlers, andererseits der Kühlraum nach außen abgeschlossen.In Fig. I i mean the stationary housing with the working space of the converter, 2 a cooling space that surrounds the converter, 3 the supply line for cooling water to room 2, the derivative of the same. The nozzle .4 is in front of the image plane. Between the two is one that cannot be shown in the drawing, for example the image plane Corresponding wall over the entire refrigerator compartment: 2 attached. 5 is a lid through which the converter housing is closed to the right and which is also has a cooling jacket 6. The interior is on the one hand by screw connections of the converter, on the other hand, the cooling chamber is closed to the outside.

7 ist die Antriebswelle, 8 die getriebene Welle, g das Pumpenrad, io das Turbinenrad, . i i die in dem Teil i des Wandlers angeordneten Leitschaufeln. i2 ist der Kernraum des Wandlers, in dem ebenfalls ein Kühlraum 13 angeordnet ist, der durch Leitungen 14 und 15 mit dem Kühlraum 2 in Verbindung steht. Die Leitung 15 liegt vor der erwähnten Trennwand in dem Kühlraum. 17 und 18 sind Lager für die Welle 7, i9 und 2o solche für die Welle 8 in dem Wandlergehäuse i bzw. dem Deckel 5. 21,:22 und 23 sind Dichtungen.7 is the drive shaft, 8 the driven shaft, g the pump wheel, io the turbine wheel,. ii the guide vanes arranged in part i of the converter. i2 is the core space of the converter, in which a cooling space 13 is also arranged, which is connected to the cooling space 2 by lines 14 and 15. The line 1 5 is in front of the aforementioned partition in the refrigerator. 17 and 18 are bearings for the shaft 7, i9 and 2o those for the shaft 8 in the converter housing i and the cover 5. 21,: 22 and 23 are seals.

Durch die Dichtungen 21, 22 und 23 wird der Wandler nach außen gut abgedichtet und zum Nachfüllen im Gegensatz zu den üblichen Ausführungen nur eine geringe Menge Arbeitsflüssigkeit durch eine nicht gezeigte Leitung zugeführt, so daß der Wandler eben unter genügendem Druck gehalten wird. Die durch den Anschlußstutzen 3 dem Raum 2 zugeführte Kühlwassermenge wird senkrecht zu der Bildebene, also in der Umfangsrichtung des Wandlers, um den Wandler herumgeführt und gelangt nach oben zu dem Stutzen 4, durch welchen das Kühlwasser wieder abgeführt wird. Durch diese zwangsläufige Führung ist eine besonders gute Kühlung gewährleistet, da an der Innenseite der von dem Kühlwasser bespülten Wandungen andererseits das Arbeitsöl des Wandlers mit großen Geschwindigkeiten vorbeiströmt.The seals 21, 22 and 23 make the transducer good to the outside sealed and only one for refilling, in contrast to the usual designs small amount of working fluid supplied through a line not shown, so that the transducer is just kept under sufficient pressure. The one through the connecting piece 3 the amount of cooling water supplied to space 2 is perpendicular to the image plane, i.e. in the circumferential direction of the transducer, passed around the transducer and goes up to the nozzle 4, through which the cooling water is discharged again. Through this Inevitable guidance, particularly good cooling is guaranteed because on the inside the walls flushed by the cooling water, on the other hand, the working oil of the converter flows past at great speeds.

Diese Kühlwirkung wird noch erhöht dadurch, daß auch dem Innenraum 12 durch die Rohre 14 Kühlwasser zugeführt wird, welches in gleicher Weise in der Umfangsrichtung geführt werden kann und durch das Rohr 15 wieder in den Kühlraum 2 und von dort durch den Stutzen 4 abgeführt wird.This cooling effect is increased by the fact that the interior 12 through the pipes 14 cooling water is supplied, which in the same way in the Can be performed circumferentially and through the tube 15 back into the cooling space 2 and is discharged from there through the nozzle 4.

In denAbb.2 und 3 bedeuten 31 das Gehäuse des Wandlers, 32 den Kühlraum, 33 die Zuleitung, 34 die Ableitung des Kühlwassers, 35 einen an dem Wandlergehäuse angeordneten Deckel mit Kühlmantel 36. 37 ist die Antriebswelle, 38 die getriebeneWelle, 39 das Pumpenrad, 4o das Turbinenrad, welches durch hydraulischen Druck axial aus dem Kreislauf herausgeschoben werden kann mit Hilfe der gezeigten, aus einem außenverzahnten Zylinder und Kolben bestehenden Vorrichtung, welchen durch die Welle 37 das Steueröl zugeleitet wird. 41 -sind die in dem Gehäuse 31 angeordneten Leitschaufeln. 42 ist der Kernraum, welcher einen Kühlwasserraum 43 enthält, dem das Wasser durch eine Bohrung 44 zugeleitet wird und aus dem dasselbe durch eine ähnliche gegenüber 44 in der Umfangsrichtung versetzte Bohrung wieder herausgeführt wird. Diese Bohrungen sind zweckmäßig im Innern der Leitschaufeln selbst angeordnet. 5 i, 52, 53 und54sindAbdichtungsstellen. 55 sindRippen an der Außenwand des Wandlergehäuses, 56 Rippen im Wasserraum des Kerns. Diese Rippen verlaufen in der. aus Abb. 3 ersichtlichen- Weise dem Umfang nach. 6o ist eine Querwand, welche durch den ganzen Wandler von der Nabe bis zu den Ein- und-Austrittstutzen verläuft. Eine entsprechende Wand wird zweckmäßig auch in dem Kühlraum 43 für den Kernraum 42 zwischen den beiden Bohrungen für die Zu- und Abführung des Kühlwassers vorgesehen.In Figs. 2 and 3, 31 is the converter housing, 32 is the cooling chamber, 33 is the supply line, 34 is the drainage of the cooling water, 35 is a cover with cooling jacket 36 on the converter housing. 37 is the drive shaft, 38 is the driven shaft, 39 is the pump wheel 4o the turbine wheel, which can be pushed axially out of the circuit by hydraulic pressure with the aid of the device shown, consisting of an externally toothed cylinder and piston, to which the control oil is fed through the shaft 37. 41 are the guide vanes arranged in the housing 31. 42 is the core space, which contains a cooling water space 43 to which the water is fed through a bore 44 and from which the same is led out again through a similar bore offset in the circumferential direction with respect to 44. These bores are expediently arranged in the interior of the guide vanes themselves. 5 i, 52, 53 and 54 are sealing points. 55 are ribs on the outer wall of the transducer housing, 56 are ribs in the water space of the core. These ribs run in the. from Fig. 3 evident way according to the scope. 6o is a transverse wall that runs through the entire transducer from the hub to the inlet and outlet connections. A corresponding wall is expediently also provided in the cooling space 43 for the core space 42 between the two bores for the supply and discharge of the cooling water.

Das Kühlwasser tritt durch den Stutzen 33 in den Kühlmantel ein und wird durch die Rippen 55 um den ganzen Wandler herumgeführt, bis es entlang der Wand 6o zu dem Austrittstutzen 34 gelangt. Ein Teil des Wassers gelangt durch die Bohrung 4.4 in den Raum 43, durchströmt dort ebenfalls in der Umfangsrichtung den Kernraum und tritt, nachdem es wieder nach oben gelangt ist, durch eine der Bohrung 44 entsprechende zweite Bohrung wieder in den Raum 32 ein und gelangt damit zu dem Austrittsstu.tzen34. In dem Raum 43 wird durch die erwähnte Querwand ebenfalls die Strömung in der Umfangsrichtung erzwungen.The cooling water enters the cooling jacket through the nozzle 33 and is guided around the entire transducer by the ribs 55 until it is along the Wall 6o reaches the outlet connection 34. Part of the water passes through the Bore 4.4 in the space 43, there also flows through in the circumferential direction Core space and, after it has come up again, enters through one of the boreholes 44 corresponding second bore back into the space 32 and thus arrives at the Exit support 34. In the space 43 is also the Forced flow in the circumferential direction.

61 ist ein Zuleitungsrohr, welches an der Bohrung 62 mündet, wodurch die geringe zum Nachfüllen erforderliche Menge Arbeitsöl dem Innern des Wandlers zugeleitet wird.61 is a feed pipe which opens at the bore 62, whereby the small amount of working oil required for topping up is inside the converter is forwarded.

Die Kühlwirkung der gezeigten Anordnung ist außerordentlich gut, in manchen Fällen genügt der Kühlraum :2 bzw. 32, da in diesem Teil die höchsten Geschwindigkeiten im Wandler vorliegen, so daß auf die Kühlung des Dekkels verzichtet werden kann.The cooling effect of the arrangement shown is extremely good, in In some cases, the refrigerator compartment is sufficient: 2 or 32, as this is where the highest speeds are achieved are present in the converter, so that the cooling of the cover can be dispensed with.

Claims

PATENT CLAIMS: i. . Cooling for turbo converters, especially for rail locomotives, characterized in that the stationary, the tail unit forming, the impeller and the housing enclosing the turbine wheel is provided with cooling spaces is that of a forced coolant flow for immediate discharge the heat contained in the working fluid of the hydraulic circulatory system flows through it ,will.

2. Cooling according to claim Z, characterized in that the housing on the penetration points are well sealed and only a small amount of working fluid is fed to the hydraulic circuit for refilling.

3. Cooling according to .Anspruch z or 2, characterized in that ribs are attached to the heat transferring walls of the cooling chambers. Cooling according to claims r, 2 or 3, characterized in that the core space of the turbo converter is also designed as a cooling space. 5. Cooling according to claims r: 2, 3 or 4, characterized in that the coolant is passed in the circumferential direction around the housing. To distinguish the subject matter of the invention from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German patent specification Wir. 503,754; Swiss patent specification 1r. 13647a; Austrian patent specifications No. 137 365, 154438.