DE2044982A1 - Kupplungselement fur Stromungs kupplungen und Verfahren zu dessen Her stellung - Google Patents
Kupplungselement fur Stromungs kupplungen und Verfahren zu dessen Her stellungInfo
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Description
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BORG-WARNER LIMITED, Letchworth, Hertfordshire (Grossbritannien)
Kupplungselement für Strömungskupplungen und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft ein rotierendes Kupplungselement für
Strömungskupplungen oder -bremsen mit einer zwischen ineinander liegenden Teiltorusflachen befestigten Beschaufelung, deren Strömungskanäle
durch ein sich in Umfangsrichtung der Teiltorusflächen
erstreckendes, gewelltes Element gebildet sind. Weiterhin
* ■■■ . "
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Kupplungselementes.
■ ·
Kupplungselemente der vorstehend geschilderten Art werden als Laufräder und Turbinen in Strömungskupplungen eingesetzt. Bei
einem bekannten Kupplungselement besteht die Beschaufelung aus Blechstanzteilen, die eine Wellung mit quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt aufweisen, durch die ähnlich gestaltete Strömungskanäle geschaffen sind. Die Beschaufelung ist an einer
hohlen' ringförmigen Schale einerseits und an einem innen liegenden Abdeckring andererseits befestigt. Die Beschaufelung wird in
der Weise hergestellt, dass zuerst ein einzelner Blechstreifen oder eine ebene oder konische Metallscheibe prägegeformt wird,
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so dass eine Wellung mit U-förmigem Querschnitt der einzelnen
Wellen entsteht, durch die quadratische oder rechteckförmige
Strömungskanäle erzeugt werden, nachdem diese Beschaufelung mit der Schale und dem Abdeckring durch Schweissen,Löten oder
Hartlöten verbunden ist. Die Vorteile dieser Konstruktion und Anordnung liegen darin, dass leichte Kupplungselemente hergestellt
werden können, in denen die Beschaufelung bei Aufrechterhaltung einer Verdrehelastizität radial steif ist. Darüber
hinaus ist diese Herstellungs- und Montageart sehr wirtschaftlich.
Beim Zusammenbau der bekannten Kupplungselemente erstrecken sich die gekrümmten Wandbereiche der U-förmigen Abschnitte, die
die Beschaufelung darstellen, zwischen der äusseren Schale und dem Abdeckring und die Basis der U-förmigen Wellen ist abwechselnd
mit der halbtorusförmigen Fläche der Schale und des innenliegenden
Abdeckringes durch Punktschweissung, Hartlötung oder Lötung verbunden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass boi der
Übertragung des Drehmomentes das in radialer und Umfangsrichtung
strömende Medium in dem Kupplungselement die Beschaufelung zur Resonanz anregt und unangenehme Geräusche erzeugt. Unangenehmer
ist jedoch, dass die entstehende Schwingung sogar zur Abtrennung der wellenförmigen Beschaufelung von der Schale und dem Abdeckring
führen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Kupplungselement
der vorstehend geschilderten Art dahingehend zu verbessern, dass Resonanzen im Betriebsbereich und damit verbundene
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Geräuschbelästigung und Schäden vermieden werden. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, daas die Beschaufelung ein mit im
Querschnitt V-förmigen, gekrümmten Strömungskanälen ausgestaltetes Ringelement ist.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Kupplungselementes,
bei dem eine erste und eine zweite Teiltorusschale geformt werden ·, von denen die zweite einen geringeren Durchmesser aufweist
und bei dem eine Beschaufelung zwischen den Teiltorusschalen lie- A
gend mit diesen verbunden wird, ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung als Ringelement mit in Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Wellen von dreieckigem
Querschnitt geformt wird.
Bei dem erfindungsgemäasen Kupplungselement wird somit die Beschaufelung durch einen Ring gebildet, der in Umfangsrichtung
gewellt ist, wobei die Wellen einen im allgemeinen dreieckigen Querschnitt aufweisen.Die Rucken der einzelnen Wellen verlaufen
längs der beiden in Abstand voneinander gehaltenen Teiltorusflä- "
chen oder -schalen, die ineinander koaxial in dem Ring angeordnet sind. Dabei schliessen die Rücken der Wellen mit den die
Achse des Kupplungselenenteβ enthaltenden Ebenen spitze Winkel
ein*
Die erfindungsgemässe Schaufelkonstruktion, durch die ein wellenförmiges Ri ngelement hergestellt wird, besitzt nach ihrer Verbindung mit den beiden Hohl-Torusschalen eine ausserordentlich
hohe Festigkeit bei gleichzeitig niedrigem Gewicht.
109813/1193.
In dem erfindungsgemässen Kupplungselement ist die Beschaufelung mit den V-förmigen, gekrümmten Wellen radial zur Drehachse des
Kupplungselementes angeordnet.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird im einzelnen so vorgegangen,
dass zuerst die erste und zweite halbtorusförmige Schale hergestellt wird, von denen die zweite einen kleineren Durchmesser
als die erste aufweist, und dass anschliessend aus einem
Blechstreifen eine Schnecke geformt wird und der Blechstreifen dann an den Enden unter Bildung eines Ringes verschweisst wird.
Daraufhin wird der spiralige Streifen flachgeformt, so dass die dreieckförmige Wellung entsteht, und anschliessend der Streifen
an die Innenfläche der einen Torusschale und an die Aussenfläche der anderen Torusschale angepasst. Die Formung des schraubenförmig
gedrehten Streifens erfolgt in einer Prägeform. De Verbindung des dadurch hergestellten Ringelementes erfolgt zuerst mit der
zweiten Torusschale, anschliessend wird die aus Beschaufelung und zweiter Torusschale bestehende Anordnung mit der ersten Torusschale
verbunden. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann die Verbindung des schraubenförmig gedrehten Beschaufelungsstreifens
mit den Halbtorusschalen in der Weise erfolgen, dass der Streifen zwischen der Innenfläche der ersten Schale und
der Aussenfläche der zwdten Schale angeordnet und mit diesen in Kontakt gebracht wird und anschliessend die Verbindung aller drei
Einzelteile miteinander erfolgt.
Die Erfindung umfasst auch ein Herstellungsverfahren für das Kupplungselement, bei dem die Beschaufelung durch Pressen oder
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Giessen eines einzelnen Metallstreifens mit wellenförmiger Gestaltung
hergestellt wird und bei dem der so geformte Streifen dann zu einem Ring gebogen, seine Enden miteinander verbunden und auf
die vorstehend geschilderte Weise mit der aussereη Schale und dem
innenliegenden Abdeckring verbunden wird.
4 ■
In einer weiteren AusfUhrungsform des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens
ist vorgesehen, dass eine Anzahl von V-förmigen Segmenten* durch Pressen oder Giessen hergestellt wird und diese
Segmente anschliessend zu einem wellenförmigen Ring miteinander verbunden werden.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
sowie aus weiteren Unteransprüchen. Es zeigen:
Figur 1 eine Teilansicht eines erfindungsgemässen Kupplungselementes mit einer Ausführungsform der erfindungs-
gemäss gestalteten Beschaufelung;
Figur 2 einen Querschnitt durch das in Figur 1 gezeigte Kupplungselement, gesehen in Richtung der Pfeile 2-2,
und
Figur 3 eine perspektivische Teilansicht einer Beschaufelung.
Die Figuren 1 und 2 zeigen ein hydraulisches Kupplungselement
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eines Drehmomentenwandlers, das beispielsweise ein Laufrad oein
kann welches mit anderen hydraulischen Kupplungselementen in Form einer Turbine und eines Leitrades in bekannter Weise zusammenwirkt.
Das erfinfungsgemässe Kupplungselement besteht aus einer äusseren,
hohlen, teiltorusförmigen Schale 10 und einer inneren, hohlen Teiltorusschale 11 sowie einer Beschaufelung 12 in Form eines
Ringelemantes, das sich zwischen den Schalen 10 und 11 erstreckt und diese miteinander verbindet. Es ist selbstverständlich, dass
die beiden Schalen Io und 11 trotz der teilweisen Darstellung geschlossene Ringe darstellen. Die Schalen 10,11 und die Beschaufelung
12 können aus Gusswerkstoff hergestellt sein. Vorzugsweise werden sie jedoch als Blechstanzteile ausgebildet, um sich den
Vorteil des niedrigen Gewichtes zunutze zu machen.
Es ist in der einschlägigen Technik bereits vorgeschlagen worden, eine Beschaufelung durch Stanzen eines Blechstreifens oder einzelner
Segmente aus einem Blechstreifen oder durch Formen einer ebenen oder konischen Ringscheibe in der Weise herzustellen, dass
diesen Ausgangsteilen eine Wellung mit quadratischem oder rechteckigem
Querschnitt der einzelnen Wellen aufgeprägt wird. Durch
nach
diese Wellung werden^anschliessendem Verlöten, Verschweissen oder einer sonstigen Verbindung der Beschaufelung mit den Teiltorusflächen Strömungskanäle gebildet. Die Verbindung erfolgt dabei an den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Wandteilen der wellenförmigen Beschaufelung, die durch die eigentlichen ' Schaufeln voneinander getrennt sind. Vie vorstehend bereits er-
diese Wellung werden^anschliessendem Verlöten, Verschweissen oder einer sonstigen Verbindung der Beschaufelung mit den Teiltorusflächen Strömungskanäle gebildet. Die Verbindung erfolgt dabei an den in Umfangsrichtung im Abstand voneinander liegenden Wandteilen der wellenförmigen Beschaufelung, die durch die eigentlichen ' Schaufeln voneinander getrennt sind. Vie vorstehend bereits er-
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läutert, hat sich jedoch gezeigt, dass im Betrieb von Strömungskupplungen,
bei denen das Pumpen- und das Turbinenrad auf die vorstehend geschilderte Weise hergestellt sind, Resonanzen auftreten,
die zu unangenehmen Geräuschen und zu Schwingungsbrüchen führen. Um diese Pfeifgerausehe und die Drehmomentenstösse zu
vermeiden, die bei den verschiedensten Drehzahlen auf Grund der Massenkräfte und auftretenden Erregerfreq*uenzen in der Strömungskupplung
entstehen, ist eine aus einzeln gestanzten Schaufeltaschen zusammengesetzte Beschaufelung vorgeschlagen worden, in der Q
die einzelnen Schaufeln in Umfangsrichtung voneinander im Abstand
eingesetzt werden und jede Schaufeltasche einen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der U-förmige Querschnitt wird dabei dadurch
erzeugt, dass zwei einander gegenüber angeordnete Schaufelabschnitte
durch eine Deckwand miteinander verbunden werden und diese Deckwand an der äusseren Torusschale befestigt wird. Die
beiden einander gegenüber liegenden Randbereiche der Schaufeln dagegen werden mit dem Abdeckring verbunden. Aus dieser Darstellung
zeigt sich bereits, dass die Herstellung eines solchen hydraulischen
Kupplungselementes eine grosse Anzahl von Arbeitegangen
erfordert, um eine genaue Ausbildung der einzeln gestanzten Schaufeln zu gewährleisten. Noch grösaeren Aufwand bedeutet
die exakte Anordnung und Abstandhaltung der einzelnen Schaufeln zwischen der äusseren Schale und dem innenliegenden Abdeckring,
die die Anwendung von Klemmvorrichtungen für den Schweiss- oder
LotVorgang voraussetzt·
Das erfindungsgemässe Kupplungselement gewährleistet dagegen
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neben einer erheblich einfacheren Herstellungsweise eine grössere
Steifigkeit der Gesamtanordnung, einen niedrigeren Werkstoffverbrauch und mit Sicherheit die Vermeidung von Resonanzbereichen
und deren schädliche Folgen.
Die in den Figuren 1 und 3 dargestellte Beschaufelung 12 weist eine Wellung auf, deren Wellen im allgemeinen einen dreieckigen
Querschnitt besitzen und die in einer Rücken-an-Rücken-Anordnung gleichförmig beabstandete, dreieckförmige Strömungskanäle 13,
14 bilden. Gemäss der Darstellung in Figur 1 werden die Strömungskanäle
13, 14 durch winkelig angeordnete Wände 15 und 16 begrenzt, die nebeneinander ringförmig um die Drehachse des
Kupplungselementes angeordnet sind. Die wellenförmige Beschaufelung
ist so gekrümmt, dass sie in den Raum zwischen der grösseren Schale und dem inneren Abdeckring eingebracht werden kann, Die
Wände 15 und 16 treffen unmittelbar an den Schalen 10 und 11 aufeinander
und erzeugen Kanten 17 und 18, die mit den einander gegenüberliegenden teiltorusförmigen Flächen 19 und 20 der äusseren
Schale 10 bzw. der inneren Schale 11 verschweisst oder verlötet sind. Als Ergebnis der ringförmigen Ausbildung der Beschaufelung
ist der Austrittswinkel β (Figur 1) der winklig angeordneten Wände, die jeweils die Kante 17 bilden, spitzer als der Eintrittswinkel OC der am Strömungseintritt liegenden Wände, die die Kante
18 bilden. Somit können die Kanten des Elements als unmittelbar auf den beiden im Abstand voneinander angeordneten Teiltorusflächen
verlaufend betrachtet werden.
Gemäss einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Herstelluns-
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Verfahrens wird ein einzelner Blechstreifen gestanzt oder gepresst
oder in einem Rollvorgang zu einem gewellten Gebilde geformt, das zieharmonikaartig mit im Querschnitt dreieckförmigen Taschen gefaltet werden kann und, wie die Figur 3 zeigt, längs seiner Breite
gekrümmt ist. Der Streifen wird zu einem konischen oder spiraligen Ringelement gebogen bzw. gedreht und anschliessend seine Enden zusammengeschweisst. Daraufhin wird das entstandene Ringelement ah
den Kanten zurechtgeschnitten, ausgebreitet und anschliessend durch
Formwalzen gefuhrt, die in einem Biegevorgang die gekrümmten, win- Δ
kelig angeordneten Wände 15, 16 erzeugen, welche die Kanten und die Vertiefungen der dreieckförmigen Strömungskanäle bilden. Abschliessend wird die so geformte Beschaufelung in einer Form
pressgeglättet. '
Die fertige Beschaufelung wird durch Punktschweissen oder Hartverlöten der Kannten 18 mit dem inneren Abdeckring 11 befestigt. Während dieses Vorganges wird die Beschaufelung und der Abdeckring
in einer Vorrichtung gehalten. Daraufhin wird der innen liegende Abdeckring mit der gewellten Beschaufelung in die aussen liegende
Schale 10 eingelegt und es werden nunmehr die Kanten 17 mit der Schale zum fertigen Kupplungselement verschwelest. In einer zweckmässigen weiteren Ausführungsform der Vaeinigung der drei Einzelteile zu dem kompletten Kupplungselement ist vorgesehen, diese
drei Teile zusammen in einer Klemmvorrichtung anzuordnen, nach-· dem die Oberflächen der Kanten 17 und 18 sowie die daran anliegenden Bereiche der äusseren und inneren Schale mit Kupfer plattiert
worden sind. Daraufhin wird die ganze Anordnung zusammen mit der Klemmvorrichtung in eiiien Lötofen eingebracht, um die Beschaufelung
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mit den beiden Schalen fest zu verlöten.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, getrennte Metallstücke durch Stanzen oder Pressen herzustellen
und damit eine Vielzahl von im Querschnitt dre^eckförmigen Schaufelsegmenten
zu erhalten. Diese Schaufelsegmente können in Umfangsrichtung
auf der inneren Schale 11 und der äusseren Schale 10 nebeneinander positioniert werden, so dass die Kanten der
Segmente für den darauf folgenden Schweiss- oder Lötvorgang aneinander sowie an den beiden Schalen anliegen.
In einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens
wird aus einer ringförmigen, entweder flachen oder konischen Scheibe unmittelbar durch einen Stanz- oder
Pressvorgang das gewellte Ringelement 12 hergestellt;die Vereinigung dieses Ringelementes mit den beiden Schalen erfolgt
dann auf ähnliche Art und Weise, wie sie vorstehend im Zusammenhang mit der aus einem einzelnen Streifen hergestellten Beschaufelung
erläutert ist.
Das erfindungsgemässe hydraulische Kupplungselement ist durch
die neuartige Ausbildung seiner Beschaufelung gekennzeichnet. Diese tritt durch die scharfkantig ausgebildeten und angeordneten
Wände mit der V-förmigen Wellung in Erscheinung sowie dadurch, dass diese Wände in Umfangsrichtung ringförmig um und im wesentlichen
radial zur Drehachse des Kupplungselementes angeordnet sind. Die Schnittlinien der V-förmig angestellten Wände erzeugen
Kanten, die der Reihe nach mit der äusseren bzw. der inneren
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Schale verbunden sind und die zusammen mit den Wänden dreieckförmige
Strömungskanäle im Kupplungselement schaffen. Ein wesentliches Merkmal dieser Konstruktion ist die beträchtlich angehobene
Festigkeit und Steifheit des Elements, die durch die dreieckförmige
Querschnittsgestaltung der gewellten Beschaufelung gegenüber den bekannten quadratischen oder U-förmigen Beschaufelungen
erzielt wird. Zusätzlich erfordert die erfindungsgemäss hergestellte
Beschaufelung einen geringeren Katerialaufwand, da dünneres
Blechmaterial verwendet werden kann. Der wesentlichste Vorteil ist jedoch, wie sich gezeigt hat, das absolute Ausbleiben
jeglicher Resonanz und deren schädlicher Folgen.
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Claims (9)
1. i-ictiercnaes Kupplungselement für Strömungskupplungen oder
-bremsen mit, ei.vor zwischen ineinander liegenden Teiltorus-
fläehcn befestigten Beschaufelung,deren Strömungskanäle durch
ein sich in Umfangsrichtung der Teiltorusfiüchen erstreckenaes,
gewelltes Element gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bc .-cnaufc.;. unj ein mit im Querschnitt V-förmigen,
gekrümmten Strömun.-skanälen ausgestattetes Ringelement (12)
ist.
2. Kupplungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
aass durch die im Querschnitt dreieckförrnige Wellung Rückenan-Rücken
liegende V-förmige Strömungskanäle gebildet sind.
3. Kupplung^·-·.! ment nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die V.'el.. r,n.-en (15, 16) scharfkantige, winkelig angeordnete
V/ände aufweisen, die fortlaufend aneinander anschliessen
und miteinander gekrümmte Kanten (18, 19) bilden, die im wesentlichen radial zur Drehachse des Kupplungselementes
verlaufen und abwechselnd mit der äusseren und inneren Teiltorusfläche
oder-schale (10, 11) verbunden sind.
4.. Kupplungselement nach Anspruch 3, dadurch gekenn;-, ;lehnet,
dass die scharfkantigen, v/inke."iig ,".mgeürdnotcn Wand;' (15, 16)
λ\Γ der r.üst rJ-msei te aer S", rör:i;;irbkan;i] e cinuri Austr;... ■ .-■
■■- m'u'l (3) !:.■.'.'■:·.."., aer /"::.;a; ;■..«. ,,,: ; uer :vi nt i
BAD ORIGINAL
20A4982
5. Kupplungselement nach einem oder mehreren Ansprüchen 1 bis 4>
dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung (12) die Form eines zieharmonikaförmig faltbaren Ringelementes besitzt.
6. Verfahren zur Herstellung eines Kupplungselementes für hydraulische
Strömungskupplungen oder -bremsen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine erste und eine
zweite Teiltorusschale geformt werden,von denen die zweite einen geringeren Durchmesser aufweist als die erste, und bei dem
eine Beschaufelung zwischen den Teiltorusschalen liegend mit diesen verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschaufelung
(12) als Ringelement mit in Umfangsrichtung nebeneinan der liegenden Wellen von dreieckigem Querschnitt geformt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Ringelementes ein Blechstreifen schraubenförmig
gebogen wird und anschliessend seine Enden zur Ausbildung eines Ringes miteinander verbunden werden.
8. Verfahren nacn "Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ringelement (12) aus Blech gestanzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das
Ringelement (12) aus einem ebenen oder konischen Ring wellenförmig gedrückt wird.
lO.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9
dadurch gekennzeichnet, dass die miteinander zu verbindenden Bereiche der Teiltorusschalen und der Beschaufelung mit
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Kupfer plattiert werden, die Teiitorusschalon und die
Beschaufelung zuaarrunengespannt und anschließend bi^ zur
yerbiridung miteinander erhitzt werden.
109811/1 193 BAD ORIGINAL
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Date | Code | Title | Description |
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D2 | Grant after examination |