DE2927998A1

DE2927998A1 - Hydraulische kraftuebertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2927998A1
Application number: DE19792927998
Authority: DE
Inventors: Katumi Nawata
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1978-08-12
Filing date: 1979-07-11
Publication date: 1980-02-14
Also published as: GB2032585A; JPS5527502A

Description

PATENTANWÄLTE A. SRÜNECKER

_ W. STOCKMAlR

·*"".- - - OR-INa-A^(CALTCCH)

K. SCHUMANN

- _m - DR BEH. NAT. ■ OPU-PHYS.

P; H. JAKOB

DIPU-INa

G. BEZOLD

OR RER.NÄT-DIPL-CHEM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

Hydraulische Kraftübertragungseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Kraftübertragungseinrichtung, wie etwa einen hydraulischen Drehmomentwandler oder eine hydrodynamische Kupplung, welche eine Anzahl relativ zueinander drehbarer Teile aufweist, die Flächen oder Schaufeln tragen und in der Lage sind, Kraft bzw. Antriebsleistung durch Zwischenwirkung eines hydraulischen Öls dadurch zu übertagen, daß sie das hydraulische öl zwischen den Schaufeln der jeweiligen drehbaren Teile hindurchdrücken und das hydraulische Öl in einen Umlauf durch die jeweiligen, aufeinanderfolgenden Teile versetzen.

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telefon (oaa) asaaea telex oE-aeaeo Telegramme monapat telekopierer

Eine herkömmliche, hydraulische Kraftübertragungseinrichtung wird allgemein dadurch erläutert, daß man als typisches Beispiel einen Drehmomentwandler heranzieht, wobei Bezug auf Fig. 1 genommen wird. In dieser Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 einen Pumpenläufer, 2 einen Turbinenläufer und 3 einen Stator. Der Drehmomentwandler, der die drehbaren Teile mit einer Drehmitte an der Linie 0 aufweist, wird durch einen Motor über eine Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Motors angetrieben, welche mit einem Wandlerdeckel 4 gekoppelt ist, der seinerseits mit dem Pumpenläufer 1 gekoppelt ist. Während einer derartigen Antriebsbewegung stößt der Pumpenläufer 1 das hydraulische öl in Richtung eines Pfeiles a durch ringförmige Kanäle hindurch aus, die durch seine Außenschalen 1a und Kerner 1b begrenzt sind. Das ausgeworfene hydraulische Öl läuft durch andere, ringförmige Kanäle, die durch die Außenschalen 2a und Kerner 2b des Turbinenläufers 2 begrenzt sind, wie dies durch einen Pfeil b gezeigt ist, und strömt dann weiter durch ringförmige Kanäle, die durch Aüßenschalen 3a und Kerne 3b des Stators 3 begrenzt sind, wie dies durch einen Pfeil c bezeichnet ist, und kehrt dann zurück zum Pumpenläufer 1. Der Umlauf des hydraulischen Öls wird durch Schaufeln 1c, 2c und 3c der jeweiligen drehbaren Elemente 1,2 und 3 veranlaßt. Der Stator 3 ist mit einer Abtriebsachse (nicht gezeigt) des Drehmomentwandlers gekoppelt, die sich zusammen mit dem Turbinenläufer 2 dreht, und zwar über eine Ein-Richtungs-Kupplung 5. Dementsprechend treibt das hydraulische öl den Turbinenläufer 2 zum Erzielen einer Drehmomentwandlung während des Umlaufs unter der Gegenwirkung des Stators 3. Die im Drehmoment abgewandelte Motorabtriebsleistung kann durch die Drehmomentwandler-Abtriebsachse abgenommen werden.

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In der praktischen Auslegung einer derartigen hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung ist es erwünscht, die Strömungsverluste des hydraulischen Öls auf ein Minimum zu reduzieren und einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Um ein derartiges Ziel zu verwirklichen, wird eine optimale Querschnittsfläche des Umlaufkanals für hydraulisches Öl errechnet, und die Querschnittsfläche des Kanals sollte, soweit wie möglich, über seine gesamte Länge gleichbleiben.

Allgemein wird im Fall eines Drehmomentwandlers ein Kanalfaktor a, der ausgedrückt wird durch S/r², wobei S die Querschnittsfläche des hydraulischen Ölkanals und r ein Drehradius ist, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, in der Größe von 0,7 bis 0,9 gewählt und die Querschnittsfläche S bestimmt. In der Praxis, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, sind die Gestalten der Kerne 1b, 2b und 3b so gewählt, daß sie der Bedingung entsprechen, daß die Querschnittsfläche S =2 r_:B (B ist die Breite des Kanals) des Kanals einen Optimalwert an jeder Stelle des Umlaufskanals für das hydraulische Öl annimmt. Die Gestalten der Kerne sind nämlich so bestimmt, daß der Kern einen größeren Abstand zur jeweiligen Außenschale einnimmt, um die Breite des Kanals bei einem kleineren Drehradius r zu erhöhen.

Es war übliche Praxis, daß die Bestimmung der obenstehenden Faktoren vorgenommen wird, ohne daß man die Dicke der Schaufeln und deren Zahl berücksichtigt. Dementsprechend wird in der Praxis die errechnete Querschnittsfläche des Umlaufkanals für hydraulisches öl bei der herkömmlichen Einrichtung in der Praxis um die Dicke der Schaufeln verringert. Ferner ist das Maß der Abnahme der Querschnittsfläche an einer Stelle näher der Drehmitte ο der drehbaren Teile größer, weil die Breite des Kanals größer ist, wie oben erläutert wurde. Sie wird auch enbsprechend einer Zunahme der Anzahl der Schaufeln größer.

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Diese Abnahme in der WuerSchnittsfläche wird unter Bezugnahme auf Fig. 4 noch näher erläutert, welche einen Teilschnitt eines Kanals zeigt, der für einen Turbinenläufer 2 vorgesehen ist. In Fig. 4 zeigt Si eine Querschnittsfläche am Eingang des Kanals und So zeigt eine Querschnittsfläche an dessen Ausgang. Diese Flächen werden durch die nachfolgenden Gleichungen ausgedrückt, wie oben erwähnt ist:

Si = Li · Bi
So = Lo · Bo

Dann gehen wir davon aus, Schaufeln 2c in diesem Kanal anzuordnen, deren Dicke T und deren Anzahl η ist. In diesem Fall nimmt die Querschnittsfläche am Eingang um T · Bi · η und am Ausgang um T · Bo . η ab, und zwar verringern sich beide um die Dicke der Schaufel. Da der Zusammenhang Bo größer Bi vorliegt, wird T · Bo · η größer T · Bi · n. Dementsprechend nimmt die Querschnittsfläche des Kanals an der Ausgangsseite um t · η (Bo - Bi) mehr ab als die an der Eingangsseite, und zwar durch die Anordnung der Schaufeln 2c. Es wird also darauf hingewiesen, daß dieser Unterschied entsprechend einer Zunahme in der Anzahl η der Schaufeln größer wird.

Fig. 5a zeigt einen Fall, in welchem gerade Schaufeln 2c verwendet sind, die sich in Strömungsrichtung des hydraulischen Öls erstrecken, die durch einen Pfeil gezeigt ist. Es ist allerdings sehr selten, derartige gerade Schaufeln zu verwenden, die sich in Strömungsrichtung erstrecken. Üblicherweise ist die Schaufel in einer Form hergestellt, die in Richtung der Strömungs des hydraulischen Öls gekrümmt ist, wie dies beispielsweise in Fig. 5b bis 5e gezeigt ist. Wieder wird der Kanal für hydraulisches öl betrachtet, der zwischen zwei nebeneinanderliegenden Schaufeln ausgebildet ist. Die wirksame

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Querschnittsfläche an jeder Stelle entspricht, dem Wert des Durchmessers eines inneren Berührungskreises der entsprechenden Stelle (nur die am Eingang und Ausgang des hydraulischen ölkanals sind strichpunktiert gezeigt) multipliziert mit der Breite des Kanals (wie etwa der Breite Bi oder Bo am Eingang oder Ausgang, wie in Fig. 4a gezeigt). Wie aus den Fig. 5a bis 5c ersichtlich ist, hat der Kanal, der zwischen zwei nebeneinanderliegenden Klingen einer bestimmten Konstruktion gebildet ist, zum Ausgang für das hydraulische Öl eine fortnehmend verringerte Querschnittsfläche und erhöhte Krümmung der Schaufeln 2c. Bei einem·anderen Typ, wie er in Fig. 5d oder 5e gezeigt ist,nimmt im Gegensatz zum obigen Ausführungsbeispiel die Querschnittsfläche zum Eingang des Kanals (5d) hin ab oder nimmt zu den beiden Enden des Kanals hin ab (Fig. 5e).

Wie in den vorausgehenden Beispielen gezeigt ist, wird, wenn die Querschnittsfläche des Kanals des hydraulischen Öls unterwegs verringert wird, die Strömungs des hydraulischen Öls dort beschränkt oder behindert, und der Strom erfolgt nicht so glatt. Dies verursacht ein Absinken des Drehmomentverhältnisses der kraftübertragenden Einrichtung, ein Absenken des Raumfaktors, eine Verschlechterung des Wirkungsgrades usw., so daß sich ein wesentliches Absinken der Eigenschaften ergibt.

Um dieses Problem zu lösen, wurde in Betracht gezogen, die Gestalt des Kerner derart zu ändern, daß der Umlaufkanal für hydraulisches öl der hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung gleichförmig wird, wenn die Schaufeln angebracht sind. Es wurde auch in Betracht gezogen, die Anzahl der Schaufeln zu verringern, so daß die Querschnitts fläche des hydraulischen ölkanals am engsten Abschnitt des Kanals wie etwa am Grund einen gewünschten Wert annimmt. Allerdings sollte durch den ersten Vorschlag

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die Breite des Kanals größer werden, so daß die Strömung des hydraulischen Öls wesentlich geändert wird und der oben erwähnte Kanalfaktor den idealen Bereich von 0,7 bis 0,9 verlassen kann. Hieraus ergibt sich, daß das Problem üblicherweise nicht gelöst werden kann, selbst wenn die Querschnittsfläche des Kanals gleichförmig wird, und daß die Eigenschaften der hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung noch mehr .verschlechtert werden als vorher. Was ferner den letztgenannten Vorschlag angeht, so veranlaßt die Abnahme der Anzahl von Schaufeln den Schlupf des hydraulischen Öls am Ausgang der Schaufeln. Dies allein führt schon zu einer schlimmeren Verschlechterung der Eigenschaften der hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung als je zuvor, und das Problem wurde niemals gelöst.

Angesichts der voranstehenden Probleme hat es die vorliegende Erfindung zum Ziel, die Nachteile der herkömmlichen hydraulischen Kraftübertragungseinrichtungen zu lösen bzw. aufzuheben. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Grundkonstruktion der hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung, was den Kanal des hydraulischen Öls, die Anzahl der Schaufeln usw. angeht, überhaupt nicht geändert, aber die Verteilung der Schaufeldicke, die eine verhältnismäßig hohe Freiheit gegenüber änderungen hat, wird längs des Kanals des hydraulischen Öls abgewandelt, so daß die Querschnittsfläche des Kanals über die volle Länge des Kanals gleichförmig wird und eine hydraulische kraftübertragende Einrichtung realisiert wird,die die vorgenannten Probleme löst und definitiv die Eigenschaften der Vorrichtung verbessert.

Der Gegenstand der Erfindung ist anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielsweise noch näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein Seitenansicht im Vertikalschnitt, um einen Drehmomentwandler als ein Ausführungsbeispiel der hydraulischen kraftübertragenden Vorrichtung zu zeigen,

Fig. 2 und 3

sind schematische Darstellungen, um den Umlaufkanal für das hydraulische Öl zu zeigen,

Fig. 4 ist eine Perspektivansicht, um einen Teilschnitt eines Kanals für hydraulisches öl im Turbinenläufer zu zeigen,

Fig. 5a bis 5e

sind erläuternde Ansichten, um die Formen von Schaufeln des Turbinenläufers zu zeigen,

Fig. 6 ist eine Perspektiyansicht einer Turbinenschaufel, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde,

Fig. 7 ist die Ansicht eines Querschnitts/ der

längs Linie A-A in Fig. 6 vorgenommen wurde,

Fig. 8 bis 11

zeigen andere Ausführungsbeispiele der Turbinenschaufel/ die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, und zwar in Querschnittsansichten netsprechend Fig. 7,

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, um die Verbesserung der Eigenschaften eines Drehmomentwandlers der vorliegenden Erfindung zu zeigen.

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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 6 zeigt eine Schaufel 2c eines Turbinenläufers 2, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Wie besser aus Fig. 7 ersichtlich ist, die die Ansicht eines Querschnitts ist, der längs Linie A-A in Fig. 6 vorgenommen wurde, ist die Dicke der Schaufel 2c allmählich vom Eingangsende 2c· des hydraulischen Öls zu dessen Ausgangsende 2c" hin verringert. Die Schaufel ist zur Verwendung in einem Turbinenläufer bestimmt, bei dem die Querschnittsfläche des Kanals für hydraulisches öl allmählich zum Ausgang des hydraulischen Öls abnimmt. Wenn diese Art einer Schaufel 2c für einen Turbinenläufer verwendet wird, der einen Kanal aufweist, wie er in Fig. 5a bis 5c gezeigt ist, dann muß die Abnahme der Querschnittsfläche des Kanals durch die Abnahme der Dicke der Schaufel derart ausgeglichen werden, daß die Querschnittsfläche des Kanals konstant gehalten werden kann.

Zur Verwendung in einem Turbinenläufer, wie er in Fig. 5d gezeigt ist, der eine kleinere Querschnittsfläche des Kanals an der Eingangsseite aufweist, wobei die Fläche allmählich zu dessen Ausgang hin zunimmt, kann die Verteilung bzw. der Verlauf der Dicke der Schaufel bei der vorliegenden Erfindung genau im Gegensatz zu Fig. 6 und 7 stehen. Wie nämlich in Fig. 8 gezeigt ist, ist die Dicke der Schaufel am Ausgangsende 2c" des Kanals am größten ausgebildet und ist derart ausgebildet, daß sie zu dem Eingangsende 2c¹ des Kanals hin abnimmt.

Zur Verwendung in einem Turb inen läufer, wie er in Fig. 5e gezeigt ist, bei welchem der größte Kanalquerschnitt in der Mitte des Kanals in Richtung der Strömung liegt, und bei welchem die Querschnittsfläche allmählich zu den beiden Enden des Kanals hin abnimmt, ist die Vertex-

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lung bzw. der Verlauf der Dicke der Schaufel 2 bei der vorliegenden Erfindung am größten am Mittelpunkt 2c"' in Richtung der Strömungs ausgebildet und nimmt allmählich zum Einagngsende 2c¹ und Ausgangsende 2c" des Kanals ab.

Auch bei diesem Äusführungsbeispiel kann zur Verwendung der Schaufel 2c für den Turbinenläufer, der einen Kanal aufweist, bei dem sich die Querschnittsfläche entsprechend ändert, die Querschnittsfläche des Kanals längs der Strömungsrichtung gleichförmig ausgebildet werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich/ anstelle der Änderung der Dicke der Schaufel 2c kontinuierlich längs ihrer gesamten Länge zum Erzielen einer gleichförmigen Querschnittsfläche über die gesamte Länge des Kanals, wie dies bei dem vorangehenden Ausführungsbeispiel erläutert wird, möglich, in enger Näherung die Schaufel 2c lediglich an einem Abschnitt abzuschrägen, wo der Kanal durch die Schaufeln am stärksten verengt ist. Wenn beispielsweise der Kanal durch die Schaufeln 2c am Ausgangsende des hydraulischen Öls Verengt wird, dann kann die Schaufel 2c im Querschnitt am entsprechenden Abschnitt in der Nähe des Ausgangsendes 2c" schräg angeschnitten werden, wie dies in Fig. 10 oder Fig. 11 durch ein Bezugszeichen 6 gezeigt ist. Indem man lediglich einen Teilabschnitt der Schaufel 2c dünner macht, wird die Vereinheitlichung der Querschnittsfläche des Kanals in enger Näherung erreicht, und der Anforderung an die Erfindung kann in einem gewissen Maß Rechnung getragen werden.

Bei der voranstehenden Erläuterung wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die Vereinheitlichung der Kanäle erläutert, welche im Turbinenläufer vorgesehen sind, es kann aber die gleiche Idee der vorliegenden Erfindung auch auf andere Bauteile, wie etwa den Pumpenläufer 1 und den Stator 3 angewandt werden. Indem man

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nämlich die Dickeverteilung bzw. den Dickeverlauf der Schaufel 1c oder 3c variiert, wird die Vereinheitlichung des Querschnitts des Kanals erreicht, um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu realisieren.

In einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann die Querschnittsfläche des Umlaufskanals für hydraulisches öl über die verschiedenen Bauteile einer hydraulischen Kraftübertragungseinrichtung vereinheitlicht werden. Im Fall eines Drehmomentwandlers kann die Querschnittsfläche des Kanals und der Pumpenläufer 1, Turbinenläufer 2 und Stator 3 vereinheitlicht werden. In diesem Fall ist das Bauteil, das einen kleineren Drehradius r aufweist, d.h. die Schaufel 3c des Stators 3, dünner als die Schaufel 1c des Pumpenläufers 1 oder die Schaufel 2c des Turbinenläufers 2, so daß die Größe der Verringerung der Kanalquerschnittsfläche durch die Dicke der Schaufel unter allen drehbaren Teilen ausgeglichen ist. Es beruht auf dem oben erwähnten Prinzip, daß das Verengen des Kanals durch die Dicke der Schaufel bei einem kleineren Drehradius r wirksamer ist.

Wenn die Anzahl der Schaufeln zwischen Teilen unterschiedlich ist, die sogar den gleichen Drehradius aufweisen, d.h. wenn derartige Schaufelzahlen im Fall eines Drehmomentwandlers für den Pumpenläufer 1 und den Turbinenläufer 2 unterschiedlich sind, die denselben Drehradius haben, wenn sich nämlich die Anzahl der Schaufeln 1c und die der Schaufen 2c, die hieran vorgesehen sind, voneinander unterscheiden, dann sind in einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung die Schaufeln, die an einem Teil mit einer größeren Anzahl von Schaufeln vorgesehen sind, dünner ausgeführt als die Schaufeln, die an einem Teil mit einer kleineren Anzahl von Schaufeln vorgesehen sind. Dies findet aus demselben Grund statt, wie dies oben erwähnt wurde, und zwar dem,

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daß die Kanäle für ein Teil, das eine größere Anzahl von Schaufeln aufweist, durch.die Schaufeln stärker beschränkt sind- Bei dieser Anordnung ist es möglich, die Verringerung der Querschnittsfläche durch die Dicke der Schaufeln für beide Bauteile gleich auszubilden, so daß die Querschnittsfläche des Umlaufkanals für hydraulisches öl über die gesamte Länge des Kanals hinweg gleichförmig ausgebildet werden kann.

In der vorangehenden Erläuterung wurde die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine Anwendung bei einem Drehmomentwandler besehrieben. Die vorliegende Erfindung ist aber nicht nur auf eine derartige Anwendung beschränkt, sondern kann in gleicher Weise auch auf andere hydraulische Kraftübertragungseinrichtungen Anwendung finden, beispielsweise auf eine hydraulische Verbindung bzw. Kupplung oder dergleichen. :

Bei der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ausgebildeten hydraulischen Kraftübertragungseirnichtung, welche einen Umlaufkanal für hydraulisches öl mit gleichförmiger Querschnittsfläche über die gesamte Länge des Kanals hinweg aufweist, wie dies oben erwähnt wurde, kann der Strömungsverlust des hydraulischen Öls auf einen Mindestwert verringert werden, ohne daß irgendein nachteiliger Einfluß verursacht wird. Fig. 12 zeigt eine Verbesserung der charakteristischen Eigenschaften im Fall eines Drehmomentwandlers. Fig. 12 ist ein Diagramm, bei dessert Abszisse das Wandlerdrehzahlverhältnis e aufgetragen ist. Die Ordinate des Diagramms zeigt das Drehmomentverhältnis t, den Drehmomentaufbringungskoeffizienten

bzw. den Wirkungsgrad . In der Fig. zeigen die gestrichelten Linien diese Werte für eine herkömmliche Vorrichtung und ausgezogene Linien zeigen die entsprechenden Werte für eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, Wie hieraus ersichtlich ist, zeigen alle diese Werte eine wesentliche Zunahme im Fall der vorliegenden

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Erfindung, so daß die Verbesserung, die durch die vorliegende Erfindung erzielt wird, durchaus merklich xj;L·.

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Claims

A. SRUNECKER W. STOCKMAIR DR-INa-AoEiCALTECM) K. SCHUMANN DBnERNAT-OH..PHVS R. H. JAKOB DIPL-ING. G. BEZOLD DR RSlNAi:-DIFI.-CHEM 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE ii. Juli 1979 . ρ 14 049 Nissan Motor Co., Ltd. 2, Takara-Cho, Kanagawa-Ku, Yokohama City, Japan Ansprüche

1..J Hydraulische Kraftübertragungseinrichtung mit mehren Bauteilen, welche in der Lage ist, eine Antriebskraft mittels eines hydraulischen Öls zu übertragen, das durch Schaufeln der Teile unter diesen Teilen aufeinanderfolgend in Umlauf versetzt wird, dadurch gekennzeichnet , daß der Verlauf der Dicke der Schaufeln (1c, 2c, 3c) derart angeordnet ist, daß er eine Querschnittsfläche des Kanals des hydraulischen Öls, das durch einen Umlaufweg strömt, derart herstellt, daß sie im wesentlichen längs des Umlaufweges konstant ist.

2. Hydraulische Kraftübertragungseinrxchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schaufeln (1c, 2c, 3c) gemäß einer Zunahme der Breite des Umalufweges dünner ausgebildet ist.

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TELEFON (O ΒΘ) 22 28 62 TELEX Ο6-2Θ3ΒΟ TELEGRAMME MONAPAT - TELEKOPfEREF?

3. Hydraulische Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichent, daß die Dicke der Schaufeln (3c), die an einem Bauteil (3) mit kleinerem Drehradius (r) vorgesehen sind, dünner ist als die der Schaufeln (1c, 2c), welche an einem Bauteil (1, 2)
vorgesehen sind, das einen größeren Drehradius (r) aufweist.

4. Hydraulische Kraftübertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Schaufeln (1c, 2c), welche an Bauteilen (1, 2) mit demselben Drehradius (r) vorgesehen sind, die Dicke der Schaufeln,
welche an einem Teil mit einer größeren Anzahl von
Schaufeln vorgesehen sind, dünner ist als die der
Schauflen, welche an einem Teil mit einer im Vergleich hierzu geringeren Anzahl von Schaufeln vorgesehen sind.

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