DE1286840B - Turbinen- bzw. Pumpenrad fuer eine hydrodynamische Einheit, insbesondere fuer eine hydrodynamische Kupplung bei Kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Turbinen- bzw. Pumpenrad für eine hydrodynamische Einheit, insbesondere für eine hydrodynamische Kupplung bei Kraftfahrzeugen, dessen Radkörper aus Leichtmetallguß besteht und das mit seiner aus Stahl bestehenden Nabe in einem durch eine topfförmige Vertiefung gebildeten, ebenfalls aus Stahl bestehenden Ringabschnitt eines mit dem anderen Rad verbundenen Gehäuseteils gelagert ist.
• Bei bekannten Turbinenrädern ist zur Mitnahme der Abtriebswelle an einer Stirnseite des Radkörpers ein Flansch befestigt, welcher in seinem Zentrum einen Nabenteil aufweist, der auf der entsprechend verzahnten Abtriebswelle angeordnet ist und das Turbinenrad-Drehmoment auf dieselbe überträgt. Ein derartiger Flansch erfordert jedoch eine'sehr genaue Zentrierung gegenüber dem Radkörper. Darüber hinaus bringt die seitliche Anflanschung der Nabe am Turbinenradkörper eine in axialer Richtung vergleichsweise große Ausdehnung des Turbinenrades und damit der gesamten hydrodynamischen Einheit mit sich.
• Es ist andererseits in der Technik auf anderen Gebieten bekanntgeworden, die Radkörper von Riemenscheiben aus Leichtmetall zu gießen und die aus Stahl oder Gußeisen bestehenden Nabenteile dann in diese einzugießen. Ein solches Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrades durch Umgießen einer Stahlnabe mit Leichtmetall ist auf dem Gebiet des Strömungskupplungsbaus bisher nicht bekanntgeworden. Diese wurden vielmehr bisher in der vorstehend erwähnten Art oder auch ganz aus Guß bzw. Blech hergestellt. Ein Vorurteil bestand für den auf diesem Gebiet Tätigen darin, daß bei dem hier auftretenden, relativ hohen Temperaturunterschied - die Betriebstemperaturen können zwischen etwa -30° und +120° schwanken - eine Lockerung der Verbindung eintreten würde. Vor allem aber mußte befürchtet werden, daß das beim Gießen des Radkörpers zwangläufig entstehende Spiel in der Lagerung des Turbinenrades im Pumpenrad unzulänglich hoch werden und eine ausreichende Zentrierung verhindern würde.
• Der Erfindung liegt nun die Lösung des geschilderten Problems als Aufgabe zugrunde. Sie löst diese Aufgabe bei den eingangs genannten Rädern dadurch, daß die Nabe des Turbinen- bzw. Pumpenrades an einem Ende einen außenverzahnten Bund aufweist, der zusammen mit dem sich in den Gehäuseringabschnitt hinein erstreckenden Nabenteil von dem Werkstoff des .Radkörpers umgossen ist, wobei der innerhalb dieses Gehäuseringabschnittes liegende Teil des Leichtmetallgußringes den Lagerzapfen für das Rad bildet.
• Es empfiehlt sich bei der Herstellung des Rades, die Stahlnabe zentrisch in die Gußform für den Radkörper einzusetzen und anschließend - im Druck-oder Kokillengußverfahren - zu umgießen. Entgegen der Meinung der Fachwelt hält die sich beim Erkalten des flüssigen Leichtmetalls ergebende Einschrumpfung der Nabe allen Belastungen stand, die sich aus den Temperaturschwankungen und aus den Fliehkräften infolge der hier auftretenden hohen Drehzahlen ergeben. Ferner ist auch das auftretende Spiel nicht schädlich, da bei den auftretenden Betriebstemperaturen die Viskosität der Arbeitsflüssigkeit,, die auch die Lagerstellen erreicht, sich ebenso ändert wie der Spalt zwischen Radkörper und Nabe, so daß bei verhältnismäßig großem Spalt bei niedrigen Betriebstemperaturen das Öl zähflüssiger ist als bei kleinerem Spalt, wie er sich bei höheren Temperaturen ergibt. Eine ausreichende spielfreie Lagerung des Radkörpers ist somit in jedem Betriebszustand gewährleistet. Durch die vorstehend beschriebene Anordnung und Befestigung der Nabe wird außerdem noch der Vorteil erreicht, daß die Nabe gegenüber dem bekannten und eingangs beschriebenen Mansch vergleichsweise klein und damit leicht gehalten werden kann.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß die den verzahnten Bund axial umgebenden Radkörperpartien beidseitig nach außen hin scheibenförmige Flächen bilden, welche zugleich als Axiallagerflächen für den Radkörper dienen. Diese Radial- und Axiallagerflächen sind nach dem Erkalten des Gußwerkstoffes lediglich noch fein zu überdrehen, wobei zweckmäßig schon beim Guß die für einen Auslauf der Drehstähle erforderlichen Ausnehmungen vorgesehen.werdenkönnen. Mit der Erfindung wird weiter vorgeschlagen, daß die Axiallagerflächen jeweils durch radiale Nuten in Segmente unterteilt sind und daß jeweils beidseitig der Nut-Seitenwände und im dieselben -übergehend, Schrägen vorgesehen sind, welche gegenüber der zugeordneten Axiallagerfläche einen Neigungswinkel von etwa 15° aufweisen. Entsprechend sieht die Erfindung für die gegossene zylindrische Mantelfläche des Lagerzapfens vor, daß- dieselbe sekantenartige ebene Flächen aufweist und daß in diesen Flächen Nuten angeordnet sind, welche sich-in axialer Richtung über den gesamten Lagerzapfen erstrecken und in die zugeordneten radialen Nuten im scheibenartigen Radkörperteil übergehen.
• Die im Vorstehenden genannten axialen sowie radialen Nuten dienen zur Führung des Arbeitsmediums der hydrodynamischen Einheit im Kühlkreislauf und darüber hinaus zur Zuführung des zugleich als Schmiermittel dienenden Mediums zu den entsprechenden Lagerflächen. Die Schmierfähigkeit des Mediums wird dabei noch von den ebenfalls vorstehend genannten sekantenartigen Flächen in der zylindrischen Mantelfläche bzw. den Schrägen in den Axiallagerllächen vorteilhaft verstärkt, weil sich an diesen Stellen zwischen den aufeinanderlaufenden Lagerflächen Schmiermittel-Druckkeile bilden. Nuten sowie Schrägen und sekantenartige Flächen sind, wie bereits oben angedeutet, zweckmäßig schon beim Guß des Radkörpers vorzusehen und brauchen anschließend nicht mehr bearbeitet zu werden.
• Ein weiteres Merkmal der Erfindung wird darin gesehen, daß die -Verzahnung der Nabe scharfkantig ausgebildet ist und daß die Zähne sich radial nach außen keilartig verbreitern. Schließlich ist es noch zweckmäßig, wenn der Winkel zwischen den Zahnflanken und den jeweils zugeordneten, in tangentialer Richtung ebenen Grundflächen der Zahnlücken gleich oder größer als 90° ist.
• Die Unteransprüche haben nur in Verbindung mit dem Hauptanspruch Gültigkeit.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt F i g.1 eine hydrodynamische Kupplung im Schnitt, F i g. 2 eine Teilansicht des Turbinenrades in Richtung des Pfeiles A in F i g. 1, F i g. 3 eine Teilansicht des Turbinenrades in Richtung des Pfeiles B in F i g. 1, F .i g. 4 den Nabenteil des Turbinenrades nach den F i g. 1 bis 3 in Ansicht.
• Nach F i g. 1 ist auf der Abtriebswelle 10 einer hydrodynamischen Kupplung 11 das Turbinenrad 12 befestigt. Die übertragung des Drehmomentes vom Turbinenrad 12 auf die Abtriebswelle 10 erfolgt durch eine Nabe 14, die innen mit Kerbverzahnung 13 versehen ist und aus gehärtetem Stahl besteht. Sie ist vom Werkstoff des Radkörpers 15 umgossen. An einem Ende der Nabe 14 befindet sich ein Bund 16, der mit nach außen sich verbreiternden scharfkantigen Zähnen 17 (s. insbesondere F i g. 4) versehen ist, welche auf Grund des Schrumpfvorganges beim Erkalten des Gußwerkstoffes fest mit demselben verkeilt sind und das Drehmoment vom Radkörper 15 auf die Nabe 14 übertragen.
• Die Nabe 14 ist - bis auf ihre beiden Stirnseiten 18, 19 - allseitig vom Werkstoff des Radkörpers 15 umgossen, wobei die den verzahnten Bund 16 axial umgebenden Radkörperpartien beidseitig nach außen hin scheibenförmige Flächen 20, 21 bilden (s. insbesondere F i g. 2 und 3) und die die zylindrische Mantelfläche 22 der Nabe 14 umgebende Partie im wesentlichen ebenfalls als zylindrische Fläche 23 ausgebildet ist. Die Flächen 20, 21 bzw. 23 werden nach dem Gießen nur noch fein überdreht, weshalb für den Auslauf der Drehstähle ringförmige Ausnehmungen 24, 25 bzw. 26 vorgesehen sind. Die Flächen 20 bzw. 23 dienen als axiale bzw. radiale Lagerflächen für das Turbinenrad 12 innerhalb des topfartig dasselbe umgebenden Antriebsflansches 27 des Pumpenrades 28 und die Fläche 21 als Axiallagerfläche zur Abstützung des Turbinenrades 12 am Pumpenrad 28. Der motorseitige Antrieb des Flansches 27 ist nicht dargestellt.
• Um Schmiermittel an die Lagerflächen 20, 21 bzw. 23 heranzubringen, sind dieselben jeweils mit vier Nuten 41, 29 bzw. 30 versehen, wobei die in axialer Richtung an der Mantelfläche 23 angeordneten Nuten 30 in die radialen Nuten 41 in der Fläche 20 übergehen. Hierdurch werden die Lagerflächen in Segmente aufgeteilt. Für die Ausbildung von Schmiermitteldruckkeilen an den Lagerflächen ist die Mantelfläche 23 jeweils beidseitig der Nuten 30 sekantenartig mit ebenen Flächen 31 und entsprechend die scheibenartigen Flächen 20 bzw. 21 ebenfalls beidseitig der Nuten 41 bzw. 29 mit Schrägen 32 bzw. 33 versehen. Nuten 41, 29, 30 sowie ebene Flächen 31 und Schrägen 32, 33 sind schon beim Gießvorgang berücksichtigt und werden nach dem Gießen nicht mehr bearbeitet.
• Die Nuten 41, 29, 30 dienen außer zur Heranführung des Schmiermittels an die Lagerstellen auch noch zur Führung des Arbeitsmediums der hydraulischen Kupplung in einen ständigen Kühlkreislauf mit oder ohne besonderen Kühler, wobei das Arbeitsmedium zugleich das vorstehend erwähnte Schmiermittel für die Lagerstellen darstellt. Das abgekühlte Arbeitsmedium tritt durch einen Ringspalt 34 zwischen Abtriebswelle 10 und Pumpenrad 28 in die radialen Nuten 29 ein und gelangt zu einem Teil von dort radial nach außen durch einen Spalt 35 in den Arbeitsraum 36. Ein großer Teil des Arbeitsmediums strömt aber auch durch axiale Ausnehmungen 37 im Turbinenradkörper 15, um einen axialen Druckausgleich für das Turbinenrad 10 gegenüber dem Pumpenrad 28 herzustellen. Das erwärmte Arbeitsmedium strömt durch einen Spalt 38 aus dem Arbeitsraum 36 heraus und anschließend außen am Turbinenrad 10 entlang radial nach innen, wo es sich mit dem aus den Ausnehmungen 37 austretenden Arbeitsmittelstrom vereinigt. Es gelangt ferner durch die Nuten 41, 30 und durch einen Spalt 39 zwischen Nabenteil 14 und Flansch 27 in eine Längsbohrung 40 innerhalb der Abtriebswelle 10, von wo es zurück in einen nicht dargestellten Wärmetauscher fließt.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Turbinen- bzw. Pumpenrad für eine hydrodynamische Einheit, insbesondere für eine hydrodynamische Kupplung bei Kraftfahrzeugen, dessen Radkörper aus Leichtmetallguß besteht und das mit seiner aus Stahl bestehenden Nabe in einem durch eine topfförmige Vertiefung gebildeten, ebenfalls aus Stahl bestehenden Ringabschnitt eines mit dem anderen Rad verbundenen Gehäuseteils gelagert ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Nabe (14) des Turbinen-bzw. Pumpenrades (12) an einem Ende einen außenverzahnten Bund (16) aufweist, der zusammen mit dem sich in den Gehäuseringabschnitt hinein erstreckenden Nabenteil von dem Werkstoff des Radkörpers (15) umgossen ist, wobei der innerhalb diese Gehäuseringabschnitts liegende Teil des Leichtmetallgußrings den Lagerzapfen für das Rad (12) bildet.
2. 2. Turbinen- bzw. Pumpenrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den verzahnten Bund (16) axial umgebenden Radkörperpartien beidseitig nach außen scheibenförmige Flächen (20, 21) bilden, welche zugleich als Axiallagerflächen für den Radkörper (15) dienen.
3. 3. Turbinen- bzw. Pumpenrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Axiallagerflächen (20, 21) jeweils durch radiale Nuten (29, 41) in Segmente unterteilt sind und daß jeweils beidseitig der Nutseitenwände und, in dieselben übergehend, Schrägen (32, 33) vorgesehen sind, welche gegenüber der zugeordneten Axiallagerfläche einen Neigungswinkel von etwa 15° aufweisen.
4. 4. Turbinen- bzw. Pumpenrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Mantelfläche (23) des Lagerzapfens sekantenartige ebene Flächen (31) aufweist und daß in diesen Flächen Nuten (30) angeordnet sind, welche sich in axialer Richtung über den gesamten Lagerzapfen erstrecken und in die zugeordneten radialen Nuten (41) im scheibenartigen Radkörperteil (20) übergehen.
5. 5. Turbinen- bzw. Pumpenrad nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung der Nabe (14) scharfkantig ausgebildet ist und daß die Zähne (17) sich radial nach außen keilartig verbreitern.
6. 6. Turbinen- bzw. Pumpenrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Zahnflanken und den jeweils zugeordneten, in tangentialer Richtung ebenen Grundflächen der Zahnlücken gleich oder größer als 90° ist.