BUEDENBENDER CHRISTINE (DE)
US4726185A | 1988-02-23 | |||
DE19847372A1 | 1999-04-29 | |||
GB830945A | 1960-03-23 | |||
DE19847372B4 | 2004-02-19 |
Patentansprüche 1. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Pumpenrad (12) und einem Turbinenrad (14) und wenigstens einer Leitradschaufel (18) eines zwischen dem Pumpenrad (12) und dem Turbinenrad (14) angeordneten Leitrads (16) wobei die Leitradschaufel (18) eine dem Turbinenrad (14) zugewandte Schaufelvorderkante (20) und eine dem Pumpenrad (12) zugewandte Schaufelhinterkante (22) und eine den kürzesten Abstand zwischen der Schaufelvorderkante (20) und der Schaufelhinterkante (22) definierende Profiltiefe (B) sowie eine sich zwischen der Schaufelvorderkante (20) und der Schaufelhinterkante (22) erstreckende Schaufelvorderoberfläche (24), die im Wesentlichen dem Turbinenrad (14) gegenüberliegt und eine Schaufelhinteroberfläche (26), die im Wesentlichen dem Pumpenrad (12) gegenüberliegt aufweist dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhinteroberfläche (26) einen ebenen Bereich (30) umfasst. 2. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der ebene Bereich (30) eine zu einer radialen Richtung senkrechte Bereichslänge (b) aufweist, wobei die Bereichslänge (b) parallel zu einer zu der radialen Richtung senkrechten Tangente der Schaufelhinteroberfläche (26) verläuft. 3. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis (b/B) zwischen der Bereichslänge (b) und der Profiltiefe (B) in einem Bereich zwischen 0 und 0,75 liegt. 4. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der hydrodynamische Drehmomentwandler (10) eine Drehachse (100) aufweist und der ebene Bereich (30) mit einer zu der Drehachse (100) parallel verlaufenden axialen Richtung (102) einen Winkel (a) bildet. 5. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) in einem Bereich zwischen 0 Grad und 90 Grad liegt, insbesondere zwischen 0 Grad und 60 Grad liegt. 6. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelhinteroberfläche (26) im Wesentlichen konvex und die Schaufelvorderoberfläche (24) konkav ausgebildet ist. 7. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitradschaufel (18) in einem Querschnitt senkrecht zu einer radialen Richtung betrachtet im Wesentlichen ein Tragflächenprofil aufweist, insbesondere ein NACA-Profil aufweist. 8. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang (34) zwischen dem ebenen Bereich (30) und der Schaufelhinteroberfläche (26) stetig ausgebildet ist. 9. Hydrodynamischer Drehmomentwandler (10) nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichslänge (6) und/oder der Winkel (a) über die Erstre- ckung der Leitradschaufel (18) in radialer Richtung veränderlich ist. |
Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige hydrodynamische Drehmomentwandler sind allgemein bekannt. So ist in DE 198 47 372 B4 ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem Pumpenrad, das mit einer Antriebsseite verbunden ist und einem Turbinenrad das mit einer Abtriebsseite verbunden ist und einem zwischen diesen angeordneten und mehrere Leitradschaufeln aufweisenden Leitrad offenbart. Dabei ist das Turbinenrad, das Pumpenrad und das Leitrad von einem Gehäuse umschlossen, innerhalb dessen ein Fluid eingebracht ist wobei das Fluid eine hydrodynamisch wirksame Verbindung zwischen Pumpenrad und Turbinenrad herstellen kann. Die Leitradschaufel weist eine Schaufeloberfläche auf, die eine dem Turbinenrad zugewandte Schaufelvorderkante und eine dem Pumpenrad zugewandte Schaufelhinterkante umfasst. Zwischen der Schaufelvorderkante erstrecken sich eine Schaufelvorderoberfläche, die im Wesentlichen dem Turbinenrad und eine Schaufelhinteroberfläche, die im Wesentlichen dem Pumpenrad gegenüberliegt. Die Schaufelvorderoberfläche weist dabei einen durch eine Abflachung gebildeten ebenen Bereich auf, wodurch das Drehmomentaufnahmeverhalten des hydrodynamischen Drehmomentwandlers, insbesondere des Pumpenrads bei einem kleinen Drehzahlverhältnis, entsprechend dem Verhältnis aus der Drehzahl des Turbinenrads und des Pumpenrads, verbessert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit einem verbesserten Drehmomentaufnahmeverhalten, vorrangig bei großen Drehzahlverhältnissen zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch einen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Entsprechend wird ein hydrodynamischer Drehmomentwandler mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten Pumpenrad und einem Turbinenrad und wenigstens einer Leitradschaufel eines zwischen dem Pumpenrad und dem Turbinenrad angeordneten Leitrads vorgeschlagen. Die Leitradschaufel umfasst eine dem Turbinenrad zugewandte Schaufelvorderkante und eine dem Pumpenrad zugewandte Schaufelhinterkante und eine den kürzesten Ab- stand zwischen der Schaufelvorderkante und der Schaufelhinterkante kennzeichnende Profil- tiefe. Des Weiteren weist die Leitradschaufel eine sich zwischen der Schaufelvorderkante und der Schaufelhinterkante erstreckende Schaufelvorderoberfläche, die im Wesentlichen dem Turbinenrad gegenüberliegt und eine Schaufelhinteroberfläche, die im Wesentlichen dem Pumpenrad gegenüberliegt, auf, wobei die Schaufelhinteroberfläche einen ebenen Bereich umfasst. Der ebene Bereich kann durch eine Abflachung des ursprünglichen Schaufelprofils gebildet sein. Bei bestimmten Drehzahlverhältnissen, insbesondere bei großen Drehzahlverhältnissen, kann bei einer Anströmung der Leitradschaufel mit einem Fluid die durch den senkrecht zu der Strömungsrichtung projizierten Querschnitt der Leitradschaufel auftretende Versperrung der Strömung verringert werden und das Drehmomentaufnahmeverhalten des hydrodynamischen Drehmomentwandlers verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der ebene Bereich eine zu einer radialen Richtung senkrechte Bereichslänge auf, wobei die Bereichslänge parallel zu einer zu der radialen Richtung senkrechten Tangente der Schaufelhinteroberfläche verläuft. Vorteilhafterweise liegt ein Verhältnis zwischen der Bereichslänge und der Profiltiefe in einem Bereich zwischen 0 und 0,75.
Die Ausdrücke„radial" und„axial" beziehen sich auf eine Drehachse des hydrodynamischen Drehmomentwandlers, wobei„radial" einen Ortsbezug in einer Ebene senkrecht zu der Drehachse entlang einer radialen Richtung und„axial" einen Ortsbezug entlang der Drehachse oder einer der Drehachse parallelen Linie herstellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der ebene Bereich mit einer zu der Drehachse des hydrodynamischen Drehmomentwandlers parallel verlaufenden axialen Richtung einen Winkel. Vorteilhafterweise liegt der Winkel in einem Bereich zwischen 0 Grad und 90 Grad, insbesondere zwischen 0 Grad und 60 Grad. Vorzugsweise ist der Winkel und/oder die Bereichslänge über die Erstreckung der Leitradschaufel in radialer Richtung veränderlich. Beispielsweise kann die Anordnung des ebenem Bereichs an der Leitradschaufel und dessen Verlauf in radialer Richtung in Form des Winkels und der Bereichslänge in Abhängigkeit von dem gewünschten Einfluss auf die Kennlinie des Drehmomentwandlers gewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schaufelhinteroberfläche konvex und die Schaufelvorderoberfläche konkav ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Leitradschaufel in einem Querschnitt senkrecht zu einer radialen Richtung betrachtet im Wesentlichen ein Tragflächenprofil auf, beispielsweise ein NACA-Profil. ln einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Übergang zwischen dem ebenem Bereich und der Schaufelhinteroberfläche stetig ausgebildet. Damit kann eine optimale Umströmung des Übergangsbereiches bewirkt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Abbildungen, sowie deren Beschreibungsteile, bei deren Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Einen Ausschnitt eines Querschnitts durch einen erfindungsgemäßen hydrodynamischen Drehmomentwandler.
Figur 2: Einen Querschnitt durch eine Leitradschaufel des hydrodynamischen Drehmomentwandlers entlang der Linie A-A aus Figur 1.
Figur 3: Ein Diagramm mit Leistungskurven des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers im Vergleich mit Leistungskurven eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers nach dem Stand der Technik.
In Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Querschnitts in einer durch die Drehachse 100 und eine radiale Richtung definierten Ebene durch einen erfindungsgemäßen hydrodynamischen Drehmomentwandler 10 dargestellt. Innerhalb eines hier nicht dargestellten Gehäuses sind ein mit einer Antriebsseite, beispielsweise mit einer Brennkraftmaschine verbundenes Pumpenrad 12 und ein mit einer Abtriebsseite, beispielsweise einem Getriebe verbundenes Turbinenrad 14 angeordnet. Innerhalb des Gehäuses befindet sich ein Fluid, das bei angetriebenem Pumpenrad 12 radial aus dem Pumpenrad 12 austritt und in das Turbinenrad 14 eintritt. Axial zwischen dem Turbinenrad 14 und dem Pumpenrad 12 ist ein Leitrad 16 derart angeordnet, dass es je nach Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Turbinenrads 14 und des Pumpenrads 12 eine Beeinflussung der Fluidströmung, beispielsweise eine Verstärkung des Fluid- drucks auf das Turbinenrad 14 bewirkt. Dazu weist das Leitrad 16 mehrere Leitradschaufeln 18 auf, deren Schaufeloberfläche eine dem Turbinenrad 14 zugewandte Schaufelvorderkante 20 und eine dem Pumpenrad 12 zugewandte Schaufelhinterkante 22 aufweist.
Figur 2 zeigt eine Leitradschaufel 16 in einem Querschnitt entlang der Linie A-A aus Figur 1. Zwischen der Schaufelvorderkante 20 und der Schaufelhinterkante 22 erstrecken sich die in Kontakt mit dem Fluid befindlichen und im Wesentlichen dem Turbinenrad 14 gegenüberliegende Schaufelvorderoberfläche 24 und die im Wesentlichen dem Pumpenrad 12 gegenüberliegende Schaufelhinteroberfläche 26. Die Schaufelhinteroberfläche 26 umfasst einen sich abschnittsweise mit der Bereichslänge b erstreckenden ebenen Bereich 30. Im Vergleich ist der Oberflächenverlauf 32 der Schaufelhinteroberfläche einer Leitradschaufel nach dem Stand der Technik durch die punktierte Kurve angedeutet. Die Ausrichtung des ebenen Bereichs 30, das bedeutet die Richtung der Bereichslänge b orientiert sich an einer zu der radialen Richtung senkrechten Tangente der Schaufelhinteroberfläche 26. Der Übergang 34 zwischen dem ebenem Bereich 30 und der Schaufelhinteroberfläche 26 kann stetig ausgebildet sein, beispielsweise weist dieser im Querschnitt betrachtet eine konvexe Form, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Radien auf.
Die Erstreckung der Leitradschaufel 18 wird durch eine den kürzesten Abstand zwischen der Schaufelvorderkante 20 und der Schaufelhinterkante 22 definierende Profiltiefe B gekennzeichnet, wobei die Erstreckung des ebenen Bereichs 30 in Beziehung zu der Profiltiefe B gesetzt werden kann. So ist der ebene Bereich 30 vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass das Verhältnis b/B aus Bereichslänge b zu Profiltiefe B in einem Bereich zwischen 0 und 0,75 liegt.
Des Weiteren schließt der ebene Bereich 30 mit einer zu der Drehachse 100 parallel verlaufenden axialen Richtung 102 einen Winkel α ein, beispielsweise einen Winkel α in einem Bereich zwischen 0 Grad und 90 Grad, insbesondere zwischen 0 Grad und 60 Grad. Je größer der Winkel α für ein gegebenes Verhältnis b/B ist, desto näher liegt der ebene Bereich 30 in diesem Ausführungsbeispiel der Leitradschaufel 18 an der Schaufelhinterkante 22. In Figur 1 beträgt das Verhältnis b/B ca. 0,35 und der Winkel σ 15 Grad. Wäre der Winkel α und auch das Verhältnis b/B größer, so würde dadurch die Leitradschaufel 18 in Bezug auf das ursprüngliche Profil ohne ebenen Bereich 30 stärker beschnitten als im Ausführungsbeispiel.
Die Form der Leitradschaufel 18 weist in einem Querschnitt senkrecht zu einer radialen Richtung betrachtet im Wesentlichen ein Tragflächenprofil auf. So ist die Schaufelhinteroberfläche 26 konvex und die Schaufelvorderoberfläche 24 konkav ausgestaltet und ergibt insgesamt ein NACA-Profil. Die Ausbildung des ebenen Bereichs 30 an der Schaufelhinteroberfläche 26 bewirkt bei einer von der Richtung I kommenden Anströmung des Fluids, wie sie beispielsweise bei einem kleinen Drehzahlverhältnis zwischen der Drehzahl des Turbinenrads 14 zu der Drehzahl des Pumpenrads 12 anliegt, gegenüber einer durch die gestrichelte Linie angedeuteten Leitradschaufel nach dem Stand der Technik eine nur geringe Veränderung in der Strö- mungseigenschaft der Leitradschaufel 18. So bleiben die aus den Strömungseigenschaften der Leitradschaufel 8 ableitbaren Leistungsmerkmale des hydrodynamischen Drehmomentwandlers 10, wie das Drehmomentaufnahmeverhalten des Pumpenrads 12 und das Drehmomentverhältnis nur gering beeinflusst.
Steigt das Drehzahlverhältnis hin zu großen Drehzahlverhältnissen weiter an, so liegt die An- strömung des Fluids zum Beispiel in der Richtung II an. In diesem Fall bildet die Leitradschaufel 18 eine geringere Versperrung des Strömungswegs des Fluids im Vergleich mit einer durch den Oberflächenverlauf 32 gekennzeichneten Leitradschaufel nach dem Stand der Technik. Der ebene Bereich 30 verursacht demnach eine Verkleinerung der senkrecht auf die Richtung der Strömung projizierten Querschnittsfläche der Leitradschaufel 18, womit mehr Massenstrom des Fluids durch das Leitrad 16 befördert werden kann und wodurch sich das Drehmomentaufnahmeverhalten erhöht, während das Drehmomentverhältnis gering beeinflusst wird.
Die Herstellung der Leitradschaufel 18 kann beispielsweise durch Giessen erfolgen, wobei das Gusswerkzeug derart geschaffen ist, dass der ebene Bereich 30 an der Schaufelhinteroberfläche 26 der Leitradschaufel 18 erzeugt wird.
Figur 3 zeigt ein Diagramm mit Leistungskurven des erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers 10 im Vergleich mit Leistungskurven eines hydrodynamischen Drehmomentwandlers nach dem Stand der Technik. Die Kurvenschar A kennzeichnet das Drehmomentaufnahmeverhalten des Pumpenrads und die Kurvenschar C das Drehmomentverhältnis aus dem an dem Turbinenrad anliegenden Drehmoment zu dem an dem Pumpenrad anliegenden Drehmoment des hydrodynamischen Drehmomentwandlers in Abhängigkeit von dem Drehzahlverhältnis. Die skizzenhafte Darstellung des Querschnitts durch eine Leitradschaufel in dem Diagramm verdeutlicht die Unterschiede zwischen den einzelnen Leistungskurven einer Kategorie A oder C. Als Parameter und damit als Unterschied zwischen den Leistungskurven dient die Lage und Erstreckung des ebenen Bereichs auf der Schaufelhinteroberfläche der Leitradschaufel mit den jeweils für jeden Fall eigens eingezeichneten Linienarten. So repräsentiert beispielsweise die punktierte Leistungskurve die Leitradschaufel mit einem punktiert angedeuteten ebenen Bereich. Die durchgezogenen Leistungskurven entsprechen dabei einer Leitradschaufel nach dem Stand der Technik und sind als Vergleich mit herangezogen. Die entsprechende Form dieser Leitradschaufel ist durch die durchgängig durchgezogene Linie in der Skizze verdeutlicht. Das Diagramm zeigt die Auswirkung des ebenen Bereichs auf das Drehmomentaufnahmeverhalten des Drehmomentwandlers, wie durch die Kurvenschar A veranschaulicht. So steigen die Kurven je nach Lage des ebenen Bereichs bei einem großen Drehzahlverhältnis gegenüber dem Stand der Technik an. Dahingegen wirkt sich der ebene Bereich unmerklich auf das Drehmomentverhältnis, wie es durch die Kurvenschar C charakterisiert wird, aus. Durch das größere Drehmomentaufnahmeverhalten des Pumpenrads kann im Bereich großer Drehzahlverhältnisse das gleiche Drehmoment bei geringerer Differenzdrehzahl von Pumpen- und Turbinenrad übertragen werden. Diese Drehzahlverringerung ist beispielsweise für ökonomische Zwecke, beispielsweise zur Verbrauchsersparnis eines Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
Bezuqszeichenliste
10 Hydrodynamischer Drehmomentwandler
12 Pumpenrad
14 Turbinenrad
16 Leitrad
18 Leitradschaufel
20 Schaufelvorderkante
22 Schaufelhinterkante
24 Schaufelvorderoberfläche
26 Schaufelhinteroberfläche
30 Ebener Bereich
32 Oberflächenverlauf
34 Übergang
100 Drehachse
102 Axiale Richtung
α Winkel
b Bereichsbreite
B Profiltiefe