DE19836258A1

DE19836258A1 - Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einer Turbinenschale mit Versteifungen

Info

Publication number: DE19836258A1
Application number: DE19836258A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schoeder
Original assignee: Mannesmann Sachs AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1998-08-11
Filing date: 1998-08-11
Publication date: 2000-02-17
Also published as: US6260354B1

Abstract

Ein hydrodynamischer Drehmomentwandler ist mit einem hydrodynamischen Kreis ausgebildet, der zumindest über ein Pumpen- und ein Turbinenrad verfügt, wobei das letztgenannte eine mit Beschaufelung versehene Turbinenschale und eine Turbinennabe aufweist, die in Drehverbindung mit einer Abtriebswelle steht. Die Turbinenschale verläuft bis in den Erstreckungsbereich von Axialanlagern nach radial innen und ist mit Versteifungen versehen.

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 44 23 640 A1 ist, insbesondere aus Fig. 1 in Verbindung mit der zugeordne ten Beschreibung, ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem hydrodynami schen Kreis bekannt, der über ein Pumpen-, ein Turbinen- und ein Leitrad verfügt. Das Turbinenrad weist eine mit Beschaufelung ausgebildete Turbinenschale auf, die in ihrem radial inneren Bereich über eine Vernietung mit einem Radialflansch einer Turbinennabe drehfest verbunden ist. Der Radialflansch der Turbinennabe wirkt mit beidseits vorgese henen Axialanlagern zusammen, die für eine Positionierung des Turbinenrades axial zwi schen einer Gehäusenabe des Wandlergehäuses und dem Leitrad sorgen. Selbstver ständlich muß dieser Radialflansch der Turbinennabe zur Erfüllung dieser Aufgabe aus reichend biegefest sein.

Das Leitrad ist über einen Freilauf geführt, der axial zwischen sich und einem der zuvor bereits erwähnten Axialanlager für die Turbinennabe einen Stützring aufweist. Dieser ist mit einer Nutung zum Durchfluß von Wandlerflüssigkeit versehen, die aus einem Vor ratsspeicher stammt und über eine Strömungsverbindung zu dem Stützring gelangt. Die Wandlerflüssigkeit wird über die Nutung des Stützringes in den Wandlerkreis gefördert.

Der in der zuvor genannten Offenlegungsschrift behandelte Drehmomentwandler ist vergleichsweise fertigungs- und kostenaufwendig, weil einerseits eine hinsichtlich ihrer Form mit dem Radialflansch komplizierte Turbinennabe vorgesehen ist und auch über eine arbeitsintensive Vernietung mit der Turbinenschale verbunden werden muß, und andererseits der Stützring zwischen dem Freilauf und dem benachbarten Axialanlager mit einer Nutung zum Durchgang von Wandlerflüssigkeit versehen sein muß. Aufgrund dieser Nutung ergibt sich außerdem eine reduzierte Auflagefläche des Stützrings am benachbarten Bauteil, so daß eine erhöhte Flächenpressung wirksam ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hydrodynamischen Drehmomentwand ler so auszubilden, daß bei minimalem Fertigungs- und Kostenaufwand eine axiale Posi tionierung des Turbinenrades bei gesicherter Versorgung des Wandlerkreises mit Wandlerflüssigkeit gegeben ist.

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

Durch Ausbildung der Turbinenschale radial bis in den Erstreckungsbereich von Axialan lagern entsteht kein zusätzlicher Fertigungsaufwand gegenüber den Ausführungen von Turbinenschalen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, da lediglich die Preß formen zur Herstellung dieser Turbinenschalen radial größer ausgebildet sein müssen. Nachdem die Turbinenschale üblicherweise relativ dünnwandig ist, sind die Versteifun gen vorgesehen, um trotz dieser vergleichsweise geringen Wandstärke eine hohe, axiale Festigkeit erzielen zu können. Damit wird es möglich, die Turbinenschale mit ihrem ra dial inneren Ende erfindungsgemäß zwischen die Axialanlager zu führen und dort für die axiale Positionierung des gesamten Turbinenrades zu sorgen. Wenn diese Verstei fungen durch an der Wandung der Turbinenschale vorgenommene Axialausdrückungen gebildet sind, werden in Abhängigkeit von der Ausdrückrichtung entweder im Erstrec kungsbereich der jeweiligen Axialausdrückung oder aber, umfangsmäßig jeweils zwi schen zwei Axialausdrückungen, Kanäle gebildet, die, wenn sie vom radialen Innenbe reich der Axialanlager zu einem Durchmesser radial außerhalb derselben führen und außerdem einen Anschluß über eine Strömungsverbindung an einen Vorratsspeicher für Wandlerflüssigkeit aufweisen, zum Durchgang von Wandlerflüssigkeit geeignet sind.

Auf diese Weise kann mittels des die Versteifungen aufweisenden Bereichs der Turbi nenschale auch der hydrodynamische Kreis des Drehmomentwandlers mit Wandlerflüs sigkeit versorgt werden. Eine Versorgung des Wandlerkreises an anderer Stelle kann somit entfallen.

Die Turbinenschale weist an ihrem radial inneren Ende eine Lagerfläche zum Aufsetzen auf die Turbinennabe auf. Zugunsten geringer Flächenpressung kann diese Lagerfläche trotz geringer Wandstärke der Turbinenschale relativ groß ausgebildet sein, wenn diese Lagerfläche durch Umbiegung des radial inneren Endes der Turbinenschale geschaffen wird. Im Falle einer derartigen Umbiegung ergibt sich ein weiterer Vorteil, nämlich die Festverbindung der Turbinenschale mit der Turbinennabe über eine Stumpfschweißung. Diese kann mit einem Laserschweißgerät vorgenommen werden und ist, verglichen mit anderen Schweißverfahren, die erhöhte Vorbereitungsmaßnahmen erfordern, kosten günstig und einfach herstellbar.

Eine weitere Vereinfachung läßt sich erzielen, wenn die Turbinennabe im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist. Für die Herstellung der Turbinennabe genügt dann ein einfa ches Rohr.

Die Erfindung ist anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine radial hälftige Schnittdarstellung eines hydrodynamischen Drehmoment wandlers mit Versteifungen an der Turbinenschale im radial inneren Bereich;

Fig. 2 eine Herauszeichnung der Turbinenschale im radialen Erstreckungsbereich der Versteifungen;

Fig. 3 eine Abbildung des Bereichs der Turbinenschale nach Fig. 2 entsprechend der dort gezeigten Ansicht III;

Fig. 4 einen Schnittverlauf gemäß der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3 mit Blickrichtung von radial innen her.

Der in Fig. 1 gezeigte hydrodynamische Drehmomentwandler weist ein Wandlergehäu se 1 mit einem antriebsseitigen Radialflansch 3 auf, an welchem in dessen Umfangsbe reich eine Pumpenschale 5 befestigt ist, die an ihrem radial inneren Ende eine Pum pennabe 7 trägt. Die Pumpenschale 5 ist zur Bildung eines Pumpenrades 11 mit einer Beschaufelung 9 versehen. Das Pumpenrad 11 wirkt mit einem Turbinenrad 20 zusam men, das über eine Turbinenschale 13 mit einer Beschaufelung 15 verfügt. Die Turbi nenschale 13 ist an ihrem radial inneren Ende mit einem Schaufelfuß 16 ausgebildet, auf den zu einem späteren Zeitpunkt ausführlich eingegangen wird. Dieser Schaufel fuß 16 ist über eine Stumpfschweißung 17 mit einer Turbinennabe 19 verbunden, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und radial innen über eine Verzahnung 21 mit einer Abtriebswelle 23 in Drehverbindung steht, die beispielsweise durch eine Ge triebeeingangswelle gebildet sein kann und über eine Mittenbohrung 25 verfügt, über welche sie an ihrem dem antriebsseitigen Radialflansch 3 zugewandten Ende in Strö mungsverbindung mit Leitungen 29 einer Gehäusenabe 27 des Wandlergehäuses 1 steht. Die Gehäusenabe 27 dient zur Aufnahme eines Kolbens 31 einer Überbrückungs kupplung 33, die in aus der eingangs behandelten DE 44 23 640 A1 bekannter Weise ausgebildet und gesteuert ist, so daß an dieser Stelle nicht nochmals auf diese Über brückungskupplung eingegangen wird.

Zurückkommend auf die Gehäusenabe 27, umschließt diese ein Radiallager 35, über welches die Turbinennabe 19 gegenüber dem Wandlergehäuse 1 zentriert ist. Dieses Radiallager 35 übernimmt gleichzeitig die Funktion eines Axialanlagers 37 für den Schaufelfuß 16 und damit das gesamte Turbinenrad 20. Der Schaufelfuß 16 ist hierbei mit einer Mehrzahl von in vorbestimmten Winkelabständen entlang des Umfangs aus gebildeten Versteifungen 39 versehen, die jeweils über einen Axialvorsprung 40 am Axialanlager 37 zur Anlage kommen und aus der Wandung 41 der Turbinenschale 13 durch Axialausdrückungen 43 in Richtung zur Antriebsseite des Drehmomentwandlers vorgenommen sind. Aufgrund dieser Axialausdrückungen 43 entstehen Vertiefungen gegenüber der restlichen, einem Axialnadellager 51 zugewandten Seite der Wandung 41, wobei diese Vertiefungen als Kanäle 44 und das Axialnadellager 51 als weiteres Axialanlager 53 zur axialen Positionierung des Turbinenrades 20 wirksam sind.

Weiter eingehend auf den Schaufelfuß 16, weist dieser an seinem radial inneren Ende und somit am radial inneren Ende 45 der Turbinenschale 13 eine Umbiegung 49 auf, die sich in Richtung zur Abtriebsseite des Drehmomentwandlers erstreckt und, aufgrund ihres im wesentlichen axialen Verlaufs, eine relativ große Lagerfläche 47 bildet, über welche die Turbinenschale 13 auf die Turbinennabe 19 aufgesetzt ist. Die Verbindung dieser beiden Bauteile erfolgt, wie bereits erwähnt, mittels der Stumpfschweißung 17, für welche das axial freie Ende der Umbiegung 49 bevorzugt geeignet ist.

Das Axialanlager 53 steht über einen Stützring 55 mit einem Freilauf 61 eines Leitra des 63 in axialer Wirkverbindung, wobei dieser Stützring 55 radial zwischen einen In nenring 57 und einen Außenring 59 des Freilaufs 61 greift. Der Außenring 59 wird durch einen Leitradring 64 umschlossen, der eine Beschaufelung 65 trägt. Zusammen mit dem Pumpenrad 9 und dem Turbinenrad 15 bildet das Leitrad 63 den hydrodynami schen Wandlerkreis 66. Das Leitrad 63 stützt sich wiederum über einen Radialbereich seines Leitradrings 64 an einem Axialnadellager 67 ab, das mit seiner Gegenseite am radial inneren Ende der Pumpenschale 5 zur Anlage kommt.

Der Innenring 57 des Freilaufs 61 steht über eine Verzahnung 69 in Drehverbindung mit einer Stützhülse 71 für den Freilauf 61, wobei diese Stützhülse 71 radial zwischen sich und der Pumpennabe 7 eine ringförmige Strömungsverbindung 73 aufweist, die einer ends in die Kanäle 44 des Schaufelfußes 16 mündet und anderenends an ein Schalt ventil 79 angeschlossen ist, das über eine Pumpe 77 mit einem Vorratsspeicher 75 für Wandlerflüssigkeit verbunden ist. Mit dem Schaltventil 79 und somit dem Vorratsspei cher 75 ist weiterhin die Mittenbohrung 25 der Abtriebswelle 23 verbunden. Entspre chend der Stellung dieses Schaltventils 79 ist die Überbrückungskupplung 33 geöffnet oder geschlossen.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Stellung des Schaltventils 79 drückt die Pumpe 77 Wandler flüssigkeit in die Strömungsverbindung 73, aus welcher die Wandlerflüssigkeit über die Kanäle 44 nach radial außen in den Wandlerkreis 66 gelangt.

In den Fig. 2 bis 4 ist der Schaufelfuß 16 und hierbei insbesondere der erfindungswe sentliche Teil der Turbinenschale 13 als Einzelheit herausgezeichnet, und zwar aus un terschiedlichen Blickrichtungen.

Hierbei zeigt Fig. 3 eine Draufsicht auf den Verlauf der Kanäle 44, wobei gut erkennbar ist, daß diese in jeweils gleichen Winkelabständen voneinander in der Wandung 41 der Turbinenschale 13 ausgebildet sind und sich nach radial außen in Umfangsrichtung er weitern. Der radial äußere Bereich der Versteifungen 39 ist mit einem angeschrägten Strömungsübertrift 81 ausgebildet, der sowohl fertigungstechnisch bei der Herstellung des Axialausdrückungen 43 als auch hinsichtlich der Strömungseigenschaften in den Kanälen 44 wegen des fließenden Übergangs gegenüber dem Wandlerkreis 66 vorteil haft ist.

Aus Fig. 4 ist im wesentlichen die Tiefe der Kanäle 44 sowie die Axialbemessung der Versteifungen 39 gegenüber der Dicke der Wandung 41 der Turbinenschale 13 darge stellt.

Bezugszeichenliste

1

Wandlergehäuse

3

antriebss. Radialflansch

5

Pumpenschale

7

Pumpennabe

9

Beschaufelung

11

Pumpenrad

13

Turbinenschale

15

Beschaufelung

16

Schaufelfuß

17

Stumpfschweißung

19

Turbinennabe

20

Turbinenrad

21

Verzahnung

23

Abtriebswelle

25

Mittenbohrung

27

Gehäusenabe

29

Leitung

31

Kolben

33

Überbrückungskupplung

35

Radiallager

37

Axialanlager

39

Versteifungen

40

Axialvorsprung

41

Wandung der Turbinenschale

43

Axialausdrückungen

44

Kanäle

45

radial inneres Ende der Turbinen schale

47

Lagerfläche

49

Umbiegung

51

Axialnadellager

53

Axialanlager

55

Stützring

57

Innenring

59

Außenring

61

Freilauf

63

Leitrad

64

Leitradring

65

Beschaufelung

66

Wandlerkreis

67

Axialnadellager

69

Verzahnung

71

Stützhülse

73

Strömungsverbindung

75

Vorratsspeicher

77

Pumpe

79

Schaltventil

81

Strömungsübertritt

Claims

1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem hydrodynamischen Kreis, der zumindest über ein Pumpen- und ein Turbinenrad verfügt, wobei letzteres eine mit Beschaufelung versehene Turbinenschale und eine Turbinennabe aufweist, die in Drehverbindung mit einer Abtriebswelle steht, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschale (13) bis in den Erstreckungsbereich von Axialanla gern (37, 53) nach radial innen verläuft und mit Versteifungen (39) versehen ist.

2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (39) durch über den Umfang mit vorbestimmten Winkelab ständen zueinander versetzten Axialausdrückungen (43) in der Wandung (41) der Turbinenschale (13) gebildet sind. .

3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 2 mit wenigstens einer von einem Vorratsspeicher mit Wandlerflüssigkeit ausgehenden, zum Turbinenrad ge führten Strömungsverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (39) zur Bildung von Kanälen (44) dienen, die an die Strö mungsverbindung (73) angeschlossen sind und in den Wandlerkreis (66) führen.

4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungen (39) von einem Durchmesser der Turbinenschale (1 3) im ra dialen Innenbereich der Axialanlager (37,53) zu einem Durchmesser radial außerhalb der Axialanlager (37, 53) führen.

5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschale (13) an einer Turbinennabe (19) aufgenommen ist, die im wesentlichen ringförmig ausgebildet ist.

6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschale (13) an ihrem radial inneren Ende (45) eine Lagerfläche (47) zum Aufsetzen auf die Turbinennabe (19) aufweist.

7. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerfläche (47) durch Umbiegung (49) des radial inneren Endes (45) der Turbinenschale (13) in eine im wesentlichen axiale Richtung gebildet ist.

8. Hydrodynamischer Drehmomentwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinenschale (13) durch eine Stumpfschweißung (17) ihres radial inneren Endes (45) mit der Turbinennabe (19) verbunden ist.