DE19736874A1

DE19736874A1 - Leitrad, mittels eines Spritzgießvorgangs hergestellt

Info

Publication number: DE19736874A1
Application number: DE19736874A
Authority: DE
Inventors: Christoph Dipl Ing Sasse; Uwe Dipl Ing Dehrmann
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1997-08-26
Filing date: 1997-08-26
Publication date: 1999-03-11
Also published as: JPH11141648A; FR2767889A1; US6123505A

Description

Die Erfindung betrifft ein Leitrad für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler ge mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Durch die DE 195 33 151 A1 ist ein Leitrad für einen hydrodynamischen Drehmoment wandler bekannt, das axial zwischen einem Pumpenrad und einem Turbinenrad ange ordnet ist und Leitradschaufeln trägt, durch welche vom Turbinenrad anströmende Hy draulikflüssigkeit unter einem gewünschten Winkel dem Pumpenrad zuleitbar ist.

Ein derartiges Leitrad kann auf unterschiedliche Weise hergestellt werden. Aus Kosten gründen wird hierbei einem Spritzgießvorgang bei axial gezogenen Gießwerkzeugen der Vorzug gegeben, wobei die letztgenannten Füllräume aufweisen, in welche mittels des Spritzgießvorganges Werkstoff eingeführt wird. Nach Erkalten dieses Werkstoffs werden die Gießwerkzeuge axial auseinander gezogen und geben dabei das Leitrad frei. Als Werkstoff für einen derartigen Spritzgießvorgang wird üblicherweise Aluminium ver wendet, wobei sich aufgrund der Dünnflüssigkeit dieses Werkstoffs in erhitztem Zu stand das Problem ergibt, daß Material an der Kontaktzone der beiden Gießwerkzeuge austreten kann, was sich als unerwünschte Ansätze an den Leitradschaufeln bemerkbar macht. Zur Entfernung dieser Ansätze wird in Achsrichtung ein Meißel zwischen den jeweiligen Strömungsaustritt einer ersten Leitradschaufel und den Strömungseintritt ei ner zweiten Leitradschaufel eingeschoben. Beim Abtrennen der Ansätze wirken Kräfte auf den eingedrungenen Meißel, die einen Bruch des letztgenannten erwarten lassen, sofern dieser eine in Umfangsrichtung sehr schmale Schneide aufweist. Aufgrund des sen ist die Schneide eines derartigen Meißels üblicherweise mindestens 4 mm breit. Als Konsequenz hiervon ergibt sich allerdings auch zwischen dem Strömungsaustritt der einen Leitradschaufel und dem Strömungseintritt der anderen Leitradschaufel in Um fangsrichtung ein Versatz, der die für den Meißel erforderlichen 4 mm Breite überschrei tet. Hierdurch bedingt, wird die Führungslänge der Leitradschaufel für die durchgehen de Strömung verkürzt, was sich in schlechterem Wirkungsgrad und schlechterer Ken nung äußert. Dadurch wird die Übersetzung des Wandlers reduziert.

Aufgrund dieser Nachteile werden Leiträder oftmals aus Duroplast hergestellt, wobei Duroplastpulver in eine Preßform eingebracht und unter Temperatur und Druck zu ei nem Leitrad zusammengebacken wird. Dieses hat zwar eine glatte Oberfläche, jedoch ist die letztgenannte wegen der erforderlichen Beimischung von Glas- oder Kohlefasern nicht spanabhebend nachbearbeitbar, da sich dann Risse bilden, die bei Kontakt mit einem anderen Werkstoff, wie beispielsweise Stahl, an der Lauffläche diesen Werkstoff aufrauhen würden. Erheblicher Verschleiß wäre die Folge.

Bei diesem Herstellungsverfahren ist es nicht möglich, den Außenring eines das Leitrad aufnehmenden Freilaufs mit der Leitradnabe materialschlüssig zu verbinden. Ein nach trägliches Einpressen des Freilaufaußenrings ist ebenfalls ungünstig, da das Leitrad we gen der Sprödigkeit des Duroplastes im Bereich seiner Nabe reißt. Deshalb werden an dem Innendurchmesser der Leitradnabe Vorsprünge vorgesehen, die formschlüssig mit Nuten am Freilaufaußenring in Eingriff treten, der hierzu axial in die Freilaufnabe einge legt wird. An diesen Vorsprüngen entstehen allerdings insbesondere bei stoßartiger Be lastung Risse, die zum Bruch führen können.

Derartige Duroplast-Leiträder werden bevorzugt radial gezogen. Hierbei ist zwar eine optimale Form der Leitradschaufeln herstellbar, jedoch ist dieser Herstellungsvorgang sehr teuer, da eine der Anzahl der Leitradschaufeln entsprechende Werkzeuganzahl nach dem "Zusammenbacken" des Duroplastpulvers nach radial außen entfernt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Leitrad so auszubilden, daß es bei ko stengünstiger Herstellbarkeit und Bruchsicherheit einen guten Wirkungsgrad sowie eine gute Kennung aufweist und problemlos mit einem Freilaufaußenring verbunden ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen den Anspruchs 1 an gegebenen Merkmale gelöst.

Um die Kosten für den Herstellungsvorgang des Leitrades gering zu halten, wird das letztgenannte axial gezogen. Erfindungsgemäß wird allerdings in die jeweiligen Füllräu me der Gießwerkzeuge ein thermoplastischer Werkstoff durch Spritzgießbefüllung ein gebracht, wobei dieser Werkstoff bereits im flüssigen Zustand derart zäh ist, daß er an der Kontaktzone der Gießwerkzeuge nicht aus dem jeweiligen Füllraum austreten kann. Unerwünschte Ansätze an den Leitradschaufeln werden somit beim Herstellungsvorgang bereits vermieden. Damit kann ein nachfolgendes Bearbeiten des Leitrades nach Entfer nung der Gießwerkzeuge, beispielsweise durch einen axial einzuführenden Meißel, ent fallen, so daß die Leitradschaufeln derart relativ zueinander positionierbar sind, daß der jeweilige Strömungsausgang einer Leitradschaufel mit nur spaltbreitem Versatz zum Strömungseingang der jeweils nachfolgenden Leitradschaufel angeordnet ist. Der spalt breite Versatz ist dadurch bedingt, daß die Gießwerkzeuge von beiden Axialseiten des späteren Leitrades aus eingreifen und, in Umfangsrichtung gesehen, eine gemeinsame Kontaktzone haben, wobei die Wanddicke der Gießwerkzeuge an dieser Kontaktzone aufgrund des geringen Druckes in den Füllräumen so klein sein kann, daß die Wanddicke beider Gießwerkzeuge lediglich den zuvor genannten, spaltbreiten Versatz bilden. Dieser Versatz beträgt maximal 4 mm, ist aber normalerweise erheblich kleiner und kann ohne weiteres auch in der Größenordnung von 1 mm liegen. Dadurch bedingt, sind die einzelnen Leitradschaufeln derart verlängerbar, daß jederzeit eine optimale Strömungs führung für die eintretende Hydraulikflüssigkeit aufgrund großer Führungslänge an den Leitradschaufeln gewährleistet ist. Die Folge hiervon ist ein guter Wirkungsgrad und auch eine gute Kennung, wodurch sich für den Drehmomentwandler eine hervorragen de Übersetzung ergibt.

Als weiterer Vorteil des thermoplastischen Werkstoffs ist zu erwähnen, daß dieser sehr elastisch und damit bruchstabil ist.

Weiterhin ergibt sich in vorteilhafter Weise, daß durch den vorgenannten Herstellungs vorgang mit thermoplastischem Werkstoff ein Leitradaußenring unmittelbar umspritzbar ist, so daß eine Festverbindung zwischen dem letztgenannten und der Leitradnabe ent steht. Aufgrund des Fehlens einer formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Bauteilen wirkt sich auch selbst bei stoßartiger Belastung keine Kerbspannung aus, die letztendlich zur Rißbildung führen kann. Die Verbindung zwischen Leitradnabe und Freilaufaußenring kann allerdings dadurch verbessert werden, daß der letztgenannte anspruchsgemäß eine im wesentlichen in Achsrichtung verlaufende Riffelung aufweist. Durch diese bildet sich zwar ein leichter Formschluß zwischen Leitradnabe und Frei laufaußenring, wobei jedoch aufgrund der geringen Formschlußtiefe der Riffelung und der Vielzahl kleiner radialer Vorsprünge bzw. Vertiefungen die Übertragung von Mo menten an sehr vielen Stellen des Umfangs erfolgt.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Drehmomentwandler in Schnittdarstellung, bei wel chem im wesentlichen das Leitrad gezeigt ist;

Fig. 2 eine Darstellung des Leitrades gemäß der Schnittlinie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Leitrad gemäß der Blickrichtung A in Fig. 2;

Fig. 4 einen Ausschnitt aus der Verbindung der Nabe des Leitrades mit einem Außen ring eines Freilaufs gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1;

Fig. 5 einen Blick auf den Außenring des Freilaufs gemäß der Blickrichtung B in Fig. 4;

Fig. 6 Gießwerkzeuge zur Herstellung des Leitrades.

In Fig. 1 ist lediglich der erfindungsgemäße Bereich eines hydrodynamischen Drehmo mentwandlers herausgezeichnet. Es wurde darauf verzichtet, den Drehmomentwandler als Ganzes darzustellen und zu beschreiben, weil derartige Drehmomentwandler aus dem Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise aus der DE 41 21 586 A1.

Die in Fig. 1 gezeigte Pumpenschale 1 dient zur Bildung eines Pumpenrades 2, das mit einem Turbinenrad 3 zusammenwirkt, welches im radial inneren Bereich mit einer Tur binennabe 4 fest verbunden ist, die über eine Verzahnung 5 mit einer nicht gezeigten Antriebswelle verbunden ist.

Die erwähnte Pumpenschale 1 ist im radial inneren Bereich an einer Hohlwelle 7 befe stigt, die sich in Richtung zum Abtrieb erstreckt. Axial zwischen dem Pumpenrad 2 und dem Turbinenrad 3 ist ein Leitrad 9 angeordnet, das über ein erstes Axiallager 11 zwi schen der Turbinennabe 4 und einem Freilauf 21 und über ein zweites Axiallager 31 zwischen dem Freilauf 21 und dem radial inneren Bereich der Pumpenschale 1 sowie der Hohlwelle 7 angeordnet ist. Die beiden Axiallager 11 und 31 sind jeweils mit einer Nu tung 13, 33 für Hydraulikflüssigkeit versehen, mit welcher der Wandlerkreis, insbesonde re über die Nutungen 13 des Axiallagers 11, versorgt wird.

Das Axiallager 11 ist einstückig mit der Leitradnabe 15 ausgebildet, an der im Umfangs bereich Leitradschaufeln 17 vorgesehen sind, die ihrerseits an ihrem radial äußeren Ende über einen Leitradaußenring 19 untereinander verbunden sind. Der Freilauf 21, auf dem das Leitrad 9 angeordnet ist, weist einen Freilaufaußenring 23 auf, der über Klemmkör per 25 auf einem Freilaufinnenring 27 geführt ist, der über eine Verzahnung 29 mit ei nem nicht gezeigten Abtriebselement drehfest verbunden ist, wobei radial zwischen diesem Abtriebselement und der mit der Turbinennabe 4 drehfesten Abtriebswelle Hy draulikflüssigkeit zur Versorgung des Wandlerkreises über die Nutung 13 des Axialla gers 11 leitbar ist.

Der Freilaufaußenring 23 weist am Umfang 35 eine Riffelung 37 auf, die aus den Fig. 4 und 5 erkennbar ist. In nachher noch ausführlich erläuterter Weise wird der Freilaufau ßenring 23 beim Herstellvorgang der Leitradnabe 15 umspritzt, so daß Vorsprünge 39 des Freilaufaußenrings 23 radial in die Leitradnabe 15 eingreifen, während die letztge nannte in Vertiefungen 41 des Freilaufaußenrings 23 ragt.

Die vorgenannten Leitradschaufeln 17 sind, wie in Fig. 3 dargestellt, so ausgebildet, daß, in Umfangsrichtung gesehen, jeweils ein Strömungsaustritt 53 einer ersten Leitrad schaufel 17 mit lediglich einem spaltbreiten Versatz 55 an den Strömungseintritt 51 der in Umfangsrichtung nächsten Leitradschaufel 17 angenähert ist. Dieser Versatz 55 ist in Umfangsrichtung maximal 4 mm breit, kann aber auch ohne weiteres auf lediglich 1 mm reduziert sein. Um Leitradschaufeln 17 derart herstellen zu können, wird zur wei teren Erläuterung auf die Fig. 6 verwiesen. In dieser sind Gießwerkzeuge 43,45 darge stellt, von denen jedes über Füllräume 49, 50 verfügt, in denen die Leitradschaufeln 17 entstehen. Die Gießwerkzeuge 43, 45 werden in Achsrichtung aneinander in Anlage gebracht, wobei die sich im wesentlichen in Achsrichtung erstreckenden Überdeckun gen 44, 46 mit einer Kontaktzone 48 in Anlage aneinander gebracht werden. Die Breite beider Überdeckungen 44, 46 in Umfangsrichtung ergibt, wie aus Fig. 6 hervorgeht, den spaltbreiten Versatz 55 und kann bis auf 1 mm reduziert werden. Sobald die beiden Gießwerkzeuge 43, 45 axial zusammengebracht sind, kann über eine nicht gezeigte Ein füllöffnung thermoplastischer Werkstoff mittels eines Spritzgießvorganges in die Gieß werkzeuge 43, 45, und hierbei insbesondere in die Füllräume 49, 50 eingebracht werden, wobei aufgrund der Dickflüssigkeit des thermoplastischen Werkstoffes kein Austritt des letztgenannten an problematischen Kontaktzonen der beiden Gießwerkzeuge 43, 45 miteinander erfolgen kann. Derartige problematische Kontaktzonen sind beispielsweise in Fig. 6 mit den Bezugsziffern 56 und 57 bezeichnet. Die Kontaktzone 56 beispielswei se liegt am axial freien Ende der Überdeckung 44 des Gießwerkzeuges 43 und dem zu geordneten Anschlag 58 des Gießwerkzeuges 45. Die Kontaktzone 56 ist hierbei dem Strömungsaustritt 53 der späteren Leitradschaufel 17 zugeordnet. Die weitere proble matische Kontaktzone 57 liegt am axial freien Ende der Überdeckung 46 des Gießwerk zeuges 45 und kommt am Anschlag 59 des Gießwerkzeuges 43 zur Anlage. Sie ist dem Strömungseintritt 51 der späteren Leitradschaufel 17 zugeordnet.

Sobald der durch den Spritzgießvorgang in die Füllräume 49, 50 eingebrachte thermo plastische Werkstoff ausgehärtet ist, werden die beiden Gießwerkzeuge 43, 45 durch eine Axialbewegung auseinander gezogen und geben dadurch das Leitrad 9 mit den Leitradschaufeln 17 frei. Diese weisen dann zwischen dem Strömungsaustritt 53 einer ersten Leitradschaufel 17 und dem Strömungseintritt 51 der in Umfangsrichtung näch sten Leitradschaufel 17 den spaltförmigen Versatz 55 auf, dessen Breite durch die in Fig. 6 gezeigten beiden Überdeckungen 44, 46 bestimmt ist. Dadurch bedingt, ist die Führungslänge der Leitradschaufeln 17 für einzuleitende Hydraulikflüssigkeit ausrei chend lang.

Bezugszeichenliste

1

Pumpenschale

2

Pumpenrad

3

Turbinenrad

4

Turbinennabe

5

Verzahnung

7

Hohlwelle

9

Leitrad

11

Axiallager

13

Nutung

15

Leitradnabe

17

Leitradschaufeln

19

Leitradaußenring

21

Freilauf

23

Freilaufaußenring

25

Klemmkörper

27

Freilaufinnenring

29

Verzahnung

31

Axiallager

33

Nutung

35

Umfang

37

Riffelung

39

Vorsprünge

41

Vertiefungen

43

,

45

Gießwerkzeuge

44

,

46

Überdeckungen

47

Spritzgießform

48

Kontaktzone

49

,

50

Füllräume

51

Strömungseintritt

53

Strömungsaustritt

55

Versatz

56

,

57

Problemzonen

58

,

59

Anschläge

Claims

1. Leitrad für einen hydrodynamischen Drehmomentwandler, das mittels eines Spritz gießvorgangs bei axial gezogenen Gießwerkzeugen hergestellt ist und eine Leitrad nabe aufweist, die Leitradschaufeln trägt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spritzgießbefüllung der Gießwerkzeuge (43, 45) ein thermoplastischer Werk stoff Verwendung findet und die Leitradschaufeln (17) relativ zueinander derart auf der Leitradnabe (15) positioniert sind, daß der Strömungsaustritt (53) jeder Leitrad schaufel (17) in Umfangsrichtung mit nur spaltbreitem Versatz (55) zum Strömungs eintritt (51) der jeweils nachfolgenden Leitradschaufel (17) angeordnet ist.

2. Leitrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz (55) zwischen den Leitradschaufeln (17) maximal 4 mm beträgt.

3. Leitrad mit einer einen Freilaufaußenring umschließenden Leitradnabe nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufaußenring (23) an seinem Umfang (35) eine zumindest im wesentli chen in Achsrichtung verlaufende Riffelung (37) aufweist, deren radiale Vorsprün ge (39) in die Leitradnabe (15) eingreifen, die ihrerseits in die dazwischen liegenden Vertiefungen (41) ragt.

4. Leitrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Leitradnabe (15) mit dem Freilaufaußenring (23) durch Um spritzen des letztgenannten mit thermoplastischem Werkstoff in den Gießwerkzeu gen (43, 45) erfolgt.