DE1900650A1 - Hydrodynamic torque converter - Google Patents

Description

HYDRODEYNAMISCHER MOMENTWANDLER Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Momentwandler zur Leistungsübertragung von einer Kraftmaschine zu einer Arbeitsmaschine, insbesondere fllr Fahrzeuge.HYDRODEYNAMIC TORQUE CONVERTER The invention relates to a hydrodynamic Torque converter for power transmission from a prime mover to a work machine, especially for vehicles.

Die hydrodynamische Kupplung kann auf hydrodynamischem Prinzip in verschiedener Weise aus einer Pumpe und aus dem Schaufelkranz einer Turbine aufgebaut sein. Ebenso kann ein hydrodynamischer lomentwandier aus mindestens einer Pumpe, Turbine und Leitschaufelkranz bestehen. The hydrodynamic coupling can be based on the hydrodynamic principle in constructed in various ways from a pump and from the blade ring of a turbine be. Likewise, a hydrodynamic torque converter can consist of at least one Pump, Turbine and guide vane ring exist.

Zahlreiche lusftflirungsformen des hydrodynamischen Momentwandlers sind bekannt, diee Nachteile dieser Ausftihrungsformen sind gleichfalls bekannt. Numerous flow forms of the hydrodynamic torque converter are known, the disadvantages of these embodiments are also known.

Im Arbeitsraum des Momentwandlers herrschen während des Betriebes im allgemeinen hohe Geschwindigkeiten. Die Folge ist das Entstehen bedeutender Reibungsverluste, somit erreicht der Wirkungsgrad selbst bei geringen Stoßverlusten nicht die günstigen Werte, wie sie z.B. im günstigen Bereich eines hydrodynamischen Momentwandlers erreicht werden. Die bekannten Momentwandler werden im allgemeinen infolge ihrer Korstruktion bei hohen Meridian-Geschwindigkeiten betrieben, besonders im Falle der sogenannten Zentrifugal-Turbinen. Bei Zentripetal-Turbinen ist die Drehzahl im allgemeinen niedriger als die Pumpendrehzahl. Die Meridian-Geschwindigkeit ändert sich während des Betriebes, doch bildet sich eine niedrige Meridiangeschwindigkeit nur in einem engen Bereich des Drehzahlverhältnisses. In diesem zuletzt erwähnten System folgt auf den Momentwandlerbetrieb im allgemeinen ein hydraulischer Kupplungsbetrieb was während des Bstriebes durch das Festhalten bzw. Lösen von einem oder mehreren der Schaufelkränze erreicht wird. Zu diesem Zweck massen weitere Blemente eingebaut werden, wie zB. eine Freilauf-Schalteinrichtung oder ein mechanischer Reibungsschalter mit Steuer- und Betätigungseinrichtung. In the working area of the torque converter prevail during operation generally high speeds. The consequence is the occurrence of significant frictional losses, thus the efficiency does not reach the favorable ones even with low shock losses Values such as those achieved, for example, in the favorable range of a hydrodynamic torque converter will. The known torque converters are generally due to their Korstruktion operated at high meridian velocities, especially in the case of the so-called Centrifugal turbines. In the case of centripetal turbines, the speed is generally lower than the pump speed. The meridian speed changes during operation, however, a low meridian velocity is only formed in a narrow area the speed ratio. In this last-mentioned system, torque converter operation is followed generally a hydraulic clutch operation which occurs during operation the holding or loosening of one or more of the blade rings is achieved. For this purpose, more elements have to be installed, such as. a freewheel switching device or a mechanical friction switch with control and actuation device.

Der Aus- und Eintrittewinkel der Schaufel unterscheiden sich im allgemeinen bei den Schaufelkränzen von hydrodynamischen Momentwandlern. Während des Durchatrömens eines Schaufelkranzes entstehen in der Flüssigkeit, in folge der Umlenkung der Flilssigkeit bedeutende Verluste. Diese Verluste können in gewissem Maße durch die Profilausbildung der Schaufeln herabgesetzt werden, dies ist aber technologisch anspruchsvoll und kostenaufwändig. The blade exit and entry angles generally differ in the blade rings of hydrodynamic torque converters. During the flow one Blade rings arise in the liquid as a result of the deflection of the liquid significant losses. These losses can be caused to a certain extent by the profile formation of the blades are reduced, but this is technologically demanding and expensive.

Zur Erreichung der gewünschten Kennlinien-Diagramme werden Momentwandler oft mit mehr als drei Schaufelkränzen gebaut, was gewisse Mehrverluste verursacht. Vor allem, wird wegen des mehrmaligen Eintretens der beim Eintreten des Schaufelkranzes auftretende Stoßverlust während des Kreislaufes höher. Torque converters are used to achieve the required characteristic diagrams often built with more than three blade rings, which causes certain additional losses. Above all, it is because of the repeated occurrence of when the blade ring enters occurring shock loss during the cycle is higher.

Zur Ausbildung einer günstigen Torus-Form des Momentwandlers werden oft Schaufeln mit rEumlich schraubenförmiger Oberfläche verwendet, wodurch der Weg der Fliissigkeit im hydraulischen Kreislauf verringert werden kann und die Schaufelkränze einander folgen können. Die Verminderung der Verluste auf diese Weise bedeutet einen gewissen technologischen Mehraufwand. Die Herstellungskosten werden gleichfalls dadurch erhöht, dae bei Momentwandlern im allgemeinen ein sogenannter Torus-Kern mit entsprechender Abdichtung ausgebtldet wird. To form a favorable torus shape of the torque converter often blades with a spatially helical surface are used, thereby making the way the liquid in the hydraulic circuit can be reduced and the blade rings can follow each other. Lessening losses in this way means one certain additional technological effort. The manufacturing costs are also increased by the fact that torque converters generally have a so-called torus core is formed with a suitable seal.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines vorteilhaft verwendbaren hydrodynamischen Momentwandlers, der eine Momenten-Korrektur verwirklicht und das Annähern des Wirkungsgrades an die der hydraulischen Kupplung ermöglicht, und zwar im gesamten Arbeitsbereich bei etwa konstanter Momenten-Aufnahme-Kennlinie, mit dem zu den günstigen Wirkungsgrad-Werten gehörenden breiten Betriebsbereich, der sich auch Uber Drehzahlverhiltnisse höher als eins erstreckt, wobei die Herstellung einfach, Gewicht und Abmessungen günstig sind und sich eine vielseitige Einbaumöglichkeit bietet. The purpose of the invention is to create an advantageously usable one hydrodynamic torque converter that realizes a torque correction and that Approaching the efficiency to that of the hydraulic clutch allows, namely in the entire working range with approximately constant torque-absorption characteristic, with the wide operating range belonging to the favorable efficiency values, the Uber too Speed ratios higher than one extends, with the production is simple, weight and dimensions are cheap and versatile Offers the possibility of installation.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erreicht diesen Zweck durch einen der turbine und der Pumpe einer hydrodynamischen Kupplung ähnlichen, zwischen den Schaufeikränzen untergebrachten Leitkranz, der den Betrieb der Kupplung im Betriebszustand nicht bedeutend ändert, Indem die Drehzahl der Turbine nahezu die Drehzahl der Pumpe erreicht. The inventive device achieves this purpose by a the turbine and the pump of a hydrodynamic coupling similar, between the Vane rings housed the guide ring, which enables the operation of the clutch in the operating state does not change significantly by making the speed of the turbine close to the speed of the pump achieved.

Hier ist der Wirkungsgrad der Kupplung am günstigsten und der Wirkungsgrad des Momentwandlers stimmt damit nahezu überein. Bei darunterliegenden Drehzahlen iet der Wirkungsgrad des komentwandlers günstiger als bei Kupplungen, da das Turbinenmoment größer ist als das Pumpenmoment. Bei niedrigen Drehzahlverhältnissen erreicht die Momentaufnahme der Pumpe infolge der Wirkung des Leitkranzes keine hohen Werte.Here the efficiency of the clutch and the efficiency are most favorable of the torque converter almost agrees with this. At lower speeds The efficiency of the torque converter is more favorable than with clutches, because the turbine torque is greater than the pump torque. At low speed ratios, the Snapshot of the pump due to the action of the guide collar not high values.

Wenn die Drehzahl der Turbine die der Pumpe erreicht, hält die Strömung der Leitkranz in dem -sich drehenden ölraum in axialer Richtung, somit fällt die Momentaufnahme der Pumpe nicht, wobei der Momentwandler bei einer Übersetzung von größer als eins auch günstig arbeitet.When the speed of the turbine reaches that of the pump, the flow stops the guide ring in the rotating oil chamber in the axial direction, so the Snapshot of the pump is not, with the torque converter at a ratio of bigger than one also works cheaply.

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Schaufeln des zwischen den symmetrisch angeordneten, radial beschaufelten Pumpen- und Turbinenschaufelkränzen angebrachten Leitkranzes durch ebene, auf einen zylindrischen Mantel gestellte Platten gebildet sind. In the device according to the invention this is achieved by that the blades of the between the symmetrically arranged, radially bladed Pump and turbine blade rings attached guide ring through flat, on one cylindrical shell placed plates are formed.

Auf diese Weise ist beim Betrieb des Momentwandlers im Punkt dea Kupplungsschalters, also wenn das Moment von Pumpe und Turbine Übereinstimmt, d.h., am Leitkranz kein Moment entsteht, der Eintritt in den Leitkranz stoßfrei. This is how the torque converter is operating in the Point of the clutch switch, i.e. when the torque of the pump and turbine match, i.e., there is no moment at the guide ring, entry into the guide ring is smooth.

Wenn die Schaufeln des Leitkranzes unter einem Neigungswinkel ausgebildet sind, daß der Pumpeneintritt bei niedriger Meridiangeschwindigkeit stoßfrei wird, entsteht der Punkt des Kupplungssehaltens bei einem dem eins naheliegenden DrehzahlverhGltnis. Bei niedrigem Drehzahlverhältnis, z.B. im Falle einer stehenden Turbine, erleidet die aus der Turbine tretende Flüssigkeit an den Leitschaufeln angelangt einen plötzlichen Richtungswechsel und gelangt mit einem Vordrall zur Pumpe, was das Abfallen der Meridiangeschwindigkeit im Vergleich zur Kupplung zur Folge hat. Mit der Erhöhung des Drehzahlenverhältnisses verringert sich die Differenz immer mehr, die Meridiangeschwindigkeit ist weiterhin niedrig und die Wirkung der zentripetalen Turbine kommt der Pumpe gegenüber durch die Erhöhung der relativen Turbinendrehzahl ebenso zur Geltung wie bei einer Kupplung. Die zentrtpedale Turbine als Pumpe würde eine gegensinnige Meridian-Geschwindigkeit verwirklichen. Dies bedeutet für die Pumpe einen Widerstand im System, der mit dem Anwachsen des Drehzahlverhältnlsses wächst.When the vanes of the nozzle are formed at an angle of inclination are that the pump inlet becomes bumpless at low meridian velocity, the point of clutch holding occurs when the speed ratio is close to one. At a low speed ratio, e.g. in the case of a stationary turbine, suffers the liquid emerging from the turbine reached the guide vanes suddenly Change of direction and arrives at the pump with a pre-swirl, which causes the Meridian velocity compared to the coupling. With the increase of the speed ratio, the difference decreases more and more, the meridian speed is still low and the effect of the centripetal turbine comes from the pump by increasing the relative turbine speed as well as with a clutch. The central pedal turbine as a pump would have an opposing meridian speed realize. For the pump, this means a resistance in the system that corresponds to the The increase in the speed ratio increases.

Wenn in diesem System kein Leitkranz angebracht wäre, also der Fall der üblichen Kupplung vorhanden ware, dann wurde die Meridianströmung aufhören, wenn die Drehsahl der Turbine die Drehzahl der Pumpe erreicht (genauer schon ein etwas vorher). Dann läuft das in dem System vorhandorne Öl mit den Schaltelementen zusammen um. Der in diesem umlaufenden Öl untergebrachte Leitkranz wirkt wie ein im stehenden Medium untergebrachter, sich drehender Leitkranz, z.B. ein Axial-Ventilator, und hält die Meridianströmung aufrecht. If there were no guide ring in this system, that would be the case the usual coupling were present, then the meridional flow would cease, when the speed of the turbine reaches the speed of the pump (more precisely a something before). Then the oil present in the system runs with the switching elements together around. The one in this rotating oil housed guide ring acts like a rotating guide ring housed in the stationary medium, e.g. an axial fan, and maintains the meridional flow.

Schließlich ist die Momentaufnahme der Pumpe vom erfindungsgemäßen Momentwandler während des Betriebes vom Stillstand der Turbine bis zum Drehen mit einer wesentlich höheren Drehzahl als die der Pumpe annähernd konstant. Finally, the snapshot of the pump is from the invention Torque converter during operation from the standstill of the turbine to turning with a much higher speed than that of the pump almost constant.

Der Punkt des Kupplungs-Schaltens dieses Momentwandlers befindet sich bei einem s=1 naheliegenden Drehzahlverhältnis. In diesem Punkt ist der Wirkungsgrad gleich dem Drehzahlverhältnis, also beträgt annähernd 100%. The point of clutch shifting this torque converter is located when the speed ratio is close to s = 1. At this point is the efficiency equal to the speed ratio, so is approximately 100%.

Um diesen Punkt ändert sich der Wirkungsgrad nicht. The efficiency does not change around this point.

bedeutend, dann verringert er sich in Richtung der höheren und niedrigeren Drehzahlverhältnisse. Diese einer Parabel ähnliche Kurve, zeigt infolge der Momentenvervielfachung bei niedrigen Drehzahlverhält.nissen günstigere Werte als die Gerade des Kupplungs-Wirkungsgrades. Der Bereich der Drehzahlverhältnisse wird über 1 erweitert, sie deckt bei sehr günstigem Wirkungsgrad einen breiten Bereich.significantly, then it diminishes in the direction of the higher and lower Speed ratios. This curve, similar to a parabola, shows as a result of the multiplication of moments at low speed ratios more favorable values than the straight line of the clutch efficiency. The range of the speed ratios is extended over 1, it covers with very favorable Efficiency over a wide range.

Die Erfindung wird an Hand beiliegender Abbildungen eingehend erläutert, die eine beispielsweise Ausführungsform darstellen. The invention is explained in detail on the basis of the accompanying figures, which represent an example embodiment.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt des Momentwandlers gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung. Fig. 1 shows the longitudinal section of the torque converter according to the invention in a schematic representation.

Fig. 2 stellt die ebene Abwicklung der Schaufeikränze des Xomentwandlers dar. Fig. 2 shows the planar development of the rotor blades of the torque converter represent.

Fig. 3 zeigtdLe Wirkungsgrad-Kennlinie einer bekannten Kupplung (gestrichelte Linie) und die eines Momentwandlers (vollausgezogene Linie). Fig. 3 shows the efficiency characteristic of a known one coupling (dashed line) and that of a torque converter (full line).

Ein Schaufelkranz 1 des in Fig. 1 gezeigten Momentwandlers ist an einer Purnsmenwelle 4 befestigt, die an einen Motor angeschlossen ist. An einer sich an die Arbeitsmaschine anschließenden Turbinenwelle 5 ist eine Turbinenschaufel 2 befestigt. An dem zylinderfbrmigen Mantel des scheibenförmigen Teiles einer Welle 6 ist eine Leitschaufel 3 ahgebracht. Die Welle 6 ist gegen Verdrehung starr gelagert. A blade ring 1 of the torque converter shown in FIG. 1 is on attached to a Purnsmenwelle 4 which is connected to a motor. At a The turbine shaft 5 adjoining the working machine is a turbine blade 2 attached. On the cylindrical shell of the disk-shaped part of a shaft 6 a guide vane 3 is attached. The shaft 6 is rigidly mounted against rotation.

Die hintereinanderliegende Anordnung der Schaufelkränze ist aus Fig. 2 ersichtlich, in der der gezeichnete Pfeil die Umfangageschwindigkeitsrichtung zeigt. Der Weg des Flüssigkeitsumlaufes geht von der Pumpenschaufel 1 über die Turbine 2 und die Leitschaufel 3 erneut zu der Pumpenschaufel 1 zurück. The arrangement of the blade rings one behind the other is shown in Fig. 2 can be seen in which the arrow drawn indicates the circumferential speed direction shows. The path of the liquid circulation goes from the pump blade 1 via the turbine 2 and the guide vane 3 back to the pump vane 1 again.

Die Wirkungsgrad- und Momentaufnahmen-Kennlinie des in Fig. 1 und in Fig. 2 dargestellten Momentwandlers in Abhängigkeit vom Drehzahlverhältnis zeigt die vollausgezogene Linie, wÇhrend die Kennlinien der bekannten hydrodynamischen Kupplung und Momentwandler die gestrichelte Linie in Fig. 3 darstellt.The efficiency and snapshot characteristics of the torque converter shown in FIG. 1 and FIG. 2 as a function of the speed ratio shows the full line, while the characteristic curves of the known hydrodynamic clutch and torque converter is shown by the dashed line in FIG.

In Fig. 3 zeigt die vollausgezogene Linie "a" die Wirkungsgradkennlinie des Momentwandlers gemäß der Erfindung. Die Kurve "b" zeigt die bekannte lineare Wirkungsgrad-Abhängigkeit einer Kupplung. Die Kurve "c" stellt die Wirkungsgrad-Kennlinie des herkömmlichen Ublichen Momentwandlers dar, die Kurve "d" die Kennlinie eines Momentwandlers, dessen Leitschaufel-Kranz durch eine mechanische Schalteinrichtung beim überschreiten des Kupplung-Schaltpunktes und nach Beginn des Wirkungsgradabfallens lösbar ist; nachher geht die Wirkungsgrad-Kennlinie aus einer Parabel in eine Gerade über. In Fig. 3, the solid line "a" shows the efficiency characteristic of the torque converter according to the invention. The curve "b" shows the well-known linear Efficiency dependency of a clutch. The curve "c" represents the efficiency curve of the conventional customary torque converter, curve "d" the characteristic of a Torque converter, its guide vane ring by a mechanical Switching device when the clutch switching point is exceeded and after the start of the drop in efficiency is solvable; afterwards the efficiency curve goes from a parabola to a straight line above.

Der Punkt des Kupplungsschaltens vom Momentwandler gemäß der Erfindung bildet sich bei einem Drehzahlverhältnis um 1-1, somit ist der Wirkungsgrad des Momentwandlers in diesem Punkt dem Wirkungsgrad der Kupplung gleich. Bei niedrigen DrehzahlverhUltnissen liegt die Wirkungsgrad-Kennlinie des Momentwandlers oberhalb der Wirkungsgradgeraden der Kupplung, da durch die Ablenkung des Leitkranzes das Turbinen-Moment größer ist als das Pumpen-Moment. The point of clutch switching from the torque converter according to the invention is formed at a speed ratio of around 1-1, so the efficiency of the Torque converter is equal to the efficiency of the clutch at this point. At low Speed ratios, the efficiency curve of the torque converter is above the efficiency straight line of the clutch, since the deflection of the guide ring causes the Turbine torque is greater than the pump torque.

In dem Bereich von Drehzahlverhältnis-Zahlen über i=1 steigt der Stoßvarlust an den Schaufelkränzen stindig an. Somit fälit der Wirkungsgrad allmählich, doch bildet sich um den Wert i=l in einem breiten Bereich ein günstiger Wirkungsgradwert aus. In the range of speed ratio numbers above i = 1, the increases Shock varnish on the blade rings steadily. Thus the efficiency gradually falls, however, around the value i = l, a favorable efficiency value forms in a wide range the end.

Aus Obengesagtem folgt, daß der einfache Aufbau (und das damit verbundene Gewicht und die Selbstkoste) des Momentwandlers gemäß der Erfindung gunatigere Betriebsk-ennlinien sichert, als die der bekannten Momentwandler. Infolge des einfachen Aufbaues und des günstigen Wirkungsgrades ist der erfindungsgemäße Momentwandler ein günstig einsetzbares Kraftübertragungselement besonders bei Kraftmaschinen, bei denen die Belastung zweckmäßig von der Drehzahl und der Belastung der Arbeitsmaschine unabhängig ist. From the above it follows that the simple structure (and the associated Weight and cost) of the torque converter according to the invention more favorable operating characteristics as that of the well-known torque converter. Due to the simple structure and the torque converter according to the invention is a favorable one because of the favorable efficiency Usable power transmission element especially in engines where the Load expediently independent of the speed and the load on the driven machine is.

Claims (1)

1. Hydrodynamischer Momentwandler mit Pumpen-Schau- 1. Hydrodynamic torque converter with pump inspection felkranz, Turbinen-Schaufelkranz und einem dazwischen angeordneten Leitschaufelkranz, , dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Pumpen-Scahufelkranz und der Turbinen-Schaufelkranz auf eine zui' Achse d es Momentwand -lers senkrecht verlaufenden Geraden bezogen zueinander symmetrisch angeordnet sind, ihre Schaufeln von radial angeordneten ebenen Platten gebildet und so die Schaufeln des Leitkranzes als auf einen zylindrischen Mantel -stellte ebene Platten ausgebildet sind.blade ring, turbine blade ring and one in between Guide vane ring, characterized by the fact that the pump blade ring and the turbine blade ring perpendicular to an axis d of the torque converter extending straight lines are arranged symmetrically with respect to each other, their blades formed by radially arranged flat plates and thus the vanes of the guide ring are designed as flat plates placed on a cylindrical shell.