DE4234687C2 - Kernloser Drehmomentwandler - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kernlosen Drehmomentwandler der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art.

Ein solcher, aus dem Dokument SAE Technical Paper Series Nr. 861 213 bekannter Drehmomentwandler wird anhand von Fig. 4 näher beschrieben.

Der dargestellte Drehmomentwandler umfaßt ein Pumpenrad 100, ein Turbinenrad 102 und ein Leitrad 104, die jeweils an ihren Schaufeln keine Kerne aufweisen. Der Drehmomentwandler dieses Typs kann die doppelte bis dreifache Drehmomentaufnahmekapazi­ tät gegenüber einem üblichen Drehmomentwandler mit Kern aufwei­ sen.

Ein Nachteil dieses bekannten Drehmomentwandlers besteht darin, daß die Steifigkeit 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 ausge­ bildet sind, um in der Form mit dem Leitrad 104 übereinzustim­ men. Durch Schwingungsübertragungen vom Motor und Druckstöße über das Öl sind die Schaufeln Schwingungen unterworfen, was Spannungsspitzen an den ausgesparten Teilen 100b und 102b der Schaufeln verursacht. In einigen Fällen führen solche Span­ nungsspitzen zu einem Bruch der Schaufeln.

Aus der US-A 3 287 908 ist ein kernloser Drehmomentwandler be­ kannt, der hervorspringende Ecken zum Torusmittelpunkt auf­ weist. In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Ecken stark verrundet. Bei diesen bekannten Ausführungsformen wird das Auftreten von Spannungsspitzen verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufge­ bauten Drehmomentwandler, der eine hohe Lebensdauer aufweist, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Pa­ tentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß erstrecken sich die Leitkanten der Schaufeln des Pumpenrades und die Leitkanten der Schaufeln des Turbinen­ rades geradlinig und verbinden die radial außen und innen liegenden Abschlußenden miteinander. Damit ist ein sehr einfacher Aufbau des Pumpenrades und des Turbinenrades gegeben, wodurch die Herstellungskosten verringert werden können. Bei diesem Aufbau treten ebenfalls keine Spannungsspitzen an den Schaufeln auf, wodurch eine hohe Lebensdauer der Schaufeln ermöglicht wird.

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

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

Fig. 2 eine Ansicht ähnlich der von Fig. 1, die aber die Strömung eines Arbeitsfluids in dein Drehinoinentwandler 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 12c 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 dies 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 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 (4)

1. Kernloser Drehmomentwandler, mit
einer Drehmomentwandlerabdeckung (10), die mit einem Motor­ drehmoment beaufschlagt wird;
einem Pumpenrad (12), das koaxial mit der Drehmomentwandlerab­ deckung (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 Drehmomentwandlerab­ deckung (10) und dem Pumpenrad (12) in solcher Weise angeordnet ist, daß es dem Pumpenrad (12) gegenüberliegt, wobei das Turbi­ nenrad (14) mit kernlosen Schaufeln versehen ist, von denen jede eine zweite Leitkante (14c) aufweist, die nach hinten ge­ richtet ist;
einer Turbinennabe (16), auf der ein Turbinenrad (14) koaxial und mit dieser drehbar angeordnet ist, wobei die Turbinennabe (16) zum Verbinden mit einer Eingangswelle einer getriebenen Vorrichtung angepaßt ist; und
einem Leitrad (18), das zwischen Pumpenrad (12) und Turbinenrad (14) angeordnet ist und mit einem Gehäuse über eine Freilauf­ kupplung (20) verbunden ist, wobei das Leitrad (18) mit kern­ losen Schaufeln versehen ist, die jeweils eine vordere und hin­ tere Kante (18a, 18b) aufweisen und die jeweils der zweiten und ersten Leitkante (14c, 12c) gegenüberliegen, dadurch gekenn­ zeichnet,
daß die erste und zweite Leitkante (12c, 14c) sich geradlinig erstrecken und deren radial außen und innen liegenden Ab­ schlußenden (12a, 12b; 14a, 14b) verbinden.

2. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste und zweite Leitkante (12c, 14c) so ge­ neigt ist, daß der Abstand zwischen ihnen sich mit Anwachsen eines radialen Abstandes von einer Achse des Drehmomentwandlers vermindert, und bei dem die vordere und hintere Kante (18a, 18b) des Leitrades (18) geneigt ist und sich parallel zu der zweiten und ersten Leitkante (14c, 12c) erstreckt.

3. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 1 oder 2, 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.

4. Kernloser Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste und zweite Leitkante (12c; 14c) leicht gekrümmt sind.