DE2044982A1

DE2044982A1 - Kupplungselement fur Stromungs kupplungen und Verfahren zu dessen Her stellung

Info

Publication number: DE2044982A1
Application number: DE19702044982
Authority: DE
Inventors: John Saxon Hitchin Hertford shire Ivey (Großbritannien)
Original assignee: BorgWarner Ltd
Current assignee: BorgWarner Ltd
Priority date: 1969-09-17
Filing date: 1970-09-11
Publication date: 1971-03-25
Also published as: JPS4948912B1; DE2044982C2; FR2062290A5; GB1282724A

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

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betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kupplungselementes.

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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.

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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.

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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-

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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

- 12 - 2 U 4 A 9 8 Patent- (Schutz-) Ansprüche

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;... ■ .-■

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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.

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