DE1159721B

DE1159721B - Current converter

Info

Publication number: DE1159721B
Application number: DEA25977A
Authority: DE
Inventors: Sven-Olof Kronogard
Original assignee: Volvo AB
Current assignee: Volvo AB
Priority date: 1955-11-08
Filing date: 1956-11-07
Publication date: 1963-12-19

Description

Strömungswandler Die Erfindung betrifft einen Strömungswandler und bezweckt eine derartige Ausbildung desselben, daß eine große Anfahrübersetzung und ein hoher Kupplungspunkt erzielt wird.Flow converter The invention relates to a flow converter and The purpose of such a training is the same that a large starting ratio and a high coupling point is achieved.

In Strömungswandlern ist es wichtig, daß die im Kreislauf strömende Flüssigkeitsmenge groß ist, und zwar besonders bei niedrigen Drehzahlverhältnissen zwischen Turbine und Pumpe. Infolgedessen ist danach zu streben, die Strömungsverluste bei niedrigen Drebzahlverhältnissen weitgehendst zu vermindern. Dabei arbeitet in erster Linie das Leitrad unter schwierigen Verhältnissen, und zwar infolge der großen Änderungen des Anströmwinkels, wenn sich die Drehzahl der vorhergehenden Turbine vom Stillstand bis zur Pumpendrehzahl ändert. Es ist daher der eigentliche Einlaß des Leitrades möglichst günstig auszubilden.In flow converters it is important that the circulating The amount of liquid is large, especially at low speed ratios between turbine and pump. As a result, efforts should be made to reduce the flow losses to be reduced as much as possible at low speed ratios. In doing so, in first and foremost the idler under difficult conditions, due to the large ones Changes in the angle of attack when the speed of the previous turbine changes changes from standstill to pump speed. It is therefore the real inlet to train the stator as cheap as possible.

Die Erfindung betrifft speziell einen Strömungswandler mit einer Pumpe und einer Turbine im radial nach außen durchströmten Teil und einem Leitrad im radial nach innen durchströmten Teil sowie mit einem schaufelfreien äußeren und inneren Krümmer zwischen den radial durchströmten Teilen, wobei das Verhältnis zwischen der radialen Erstreckung des Leitrades und der Teilung am Auslaß des Leitrades zwischen 1,60 und 2,50 liegt und die Schaufeln einen im wesentlichen radialen Einlaßteil haben. Gemäß der Erfindung findet bei radialer Anströmung des Leitrades auf einer Strecke R., vom Einlaß des Leitschaufelkanals ab gerechnet eine Kontraktion D,.: t1 statt, die größer als 4010,'o und vorzugsweise 45 % ist, wobei das Verhältnis R,: (R1- R") zwischen der erwähnten Strecke und der radialen Erstreckung des Leitschaufelgitters weniger als 35 010 und vorzugsweise etwa 251% beträgt. Außerdem ist der schaufelfreie äußere Krümmer so ausgebildet, daß sich in der Strömungsrichtung eine allmähliche Kontraktion von vorzugsweise 8 bis 121% ergibt, während der innere schaufelfreie Krümmer eine Erweiterung des Strömungsquerschnitts von höchstens 101%, vorzugsweise 4 bis 51% aufweist.The invention particularly relates to a flow converter having a pump and a turbine in the radially outward flow and a stator in the radial inwardly perfused part as well as with a vane-free outer and inner part Elbow between the radially flowed parts, the ratio between the radial extent of the stator and the division at the outlet of the stator between 1.60 and 2.50 and the blades have a substantially radial inlet portion to have. According to the invention, when there is a radial flow against the stator on one Distance R., calculated from the inlet of the guide vane channel, a contraction D,.: t1, which is greater than 4010, 'o and preferably 45%, where the ratio R ,: (R1-R ") between the mentioned section and the radial extension of the guide vane grid is less than 35,010 and preferably about 251%. Plus, the shovel-free one outer bends designed so that a gradual in the direction of flow Contraction of preferably 8 to 121% gives, while the inner vane-free Elbow an expansion of the flow cross-section of at most 101%, preferably 4 to 51%.

Um die angegebene Ausbildung des Leitrades bestmöglich auszunutzen, sind zweckmäßig auch die übrigen Teile des Wandlers in besonderer Weise auszubilden. Es ist somit dafür zu sorgen, daß die höchstzulässige Verzögerung der Strömung niemals überschritten wird und es sind Maßnahmen zu treffen, um die Erweiterung der Kanäle und Gitter gering zu halten.In order to make the best possible use of the specified design of the guide wheel, the other parts of the converter are also expedient to be designed in a special way. Care must therefore be taken that the maximum permissible delay in the flow never occurs is exceeded and measures must be taken to expand the channels and keep the grid low.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Erweiterungswinkel in der Pumpe kleiner als 6,5° und vorzugsweise etwa 3°, wobei das Pumpenschaufelprofil eine derart zur Auslaßkante hin stärker nach hinten gekrümmte Skelettlinie hat, daß eine Entlastung zum Auslaß hin erzielt wird. Zugleich ist der Umfangswinkel der Schaufeln ungefähr gleich dem Teilungswinkel (vorzugsweise neun Zehntel des Teilungswinkels), bei einem Auslaßwinkel von etwa 30° und einem Halbmesserverhältnis von 0,70 bis 0,85.According to a preferred embodiment of the invention, the widening angle is in the pump less than 6.5 ° and preferably about 3 °, the pump blade profile has a camber line that is curved more towards the rear towards the outlet edge, that a relief towards the outlet is achieved. At the same time is the circumferential angle of the blades approximately equal to the pitch angle (preferably nine tenths of the Pitch angle), with an outlet angle of about 30 ° and a radius ratio from 0.70 to 0.85.

Die Erfindung ist nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert.The invention is detailed below with reference to the drawings explained.

Fig. 1 ist ein axialer Halbschnitt eines einstufigen Drehmomentenwandlers, für welchen sich die Erfindung verwenden läßt; Fig. 1 a ist ein radialer Schnitt durch erfindungsgemäß ausgebildete Leitschaufeln, und Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Änderung des Strömungsquerschnitts bei der Strömung der Flüssigkeit durch das Leitrad darstellt; Fig. 3 und 4 zeigen einen Radialschnitt bzw. eine Ansicht der Pumpen- und Turbinenschaufeln in einem Wandler gemäß der Erfindung; Fig.5 bis 7 erläutern die Wirkung verwundener Leitschaufeln gemäß der Erfindung; Fig. 8 zeigt in Diagrammform die Änderung des Antriebmomentes in Abhängigkeit von der Umlaufmenge; Das Diagramm nach Fig. 9 zeigt die Änderung des Strömungsquerschnitts in Abhängigkeit von der Kanallänge.Fig. 1 is an axial half-section of a single-stage torque converter, for which the invention can be used; Fig. 1 a is a radial section by vanes formed in accordance with the invention, and FIG. 2 is a diagram showing the change in the flow cross-section when the liquid flows through the Idler represents; FIGS. 3 and 4 show a radial section and a view of FIG Pump and turbine blades in a converter according to the invention; Fig. 5 to 7 explain the effect of twisted guide vanes according to the invention; Fig. 8 shows in diagram form the change in the drive torque as a function of the circulating quantity; The diagram according to FIG. 9 shows the change in the flow cross section as a function on the channel length.

Der Wandler nach Fig. 1 weist ein stationäres Gehäuse 1 auf, das zu einem wesentlichen Teil zur Führung der Flüssigkeit bei deren Strömung beiträgt, und zwar auf zwei im wesentlichen radialen Abschnitten, die durch ein äußeres und inneres Bogenstück miteinander verbunden sind.The transducer of Fig. 1 has a stationary housing 1, which is to contributes significantly to the guidance of the liquid during its flow, and although on two essentially radial sections, which are divided by an outer and an inner Elbow pieces are connected to each other.

Eine Antriebswelle 2 ist mit dem Fahrzeugmotor verbunden und trägt eine Rotorscheibe 3, welche Pumpenschaufeln 4 aufweist, die in einem der radial verlaufenden Abschnitte angeordnet sind. Die Abtriebswelle 5 trägt die Rotorscheibe 6 mit den Turbinenschaufeln 7, die gegenüber den Pumpenschaufeln 4 radial nach außen versetzt sind. Im anderen radial verlaufenden Abschnitt sind stationäre Leitschaufeln 8 vorgesehen. Die Bogenstücke oder Krümmer weisen keine Schaufeln auf. Beim Arbeiten des Wandlers fließt die Flüssigkeit in der durch die Pfeile angedeuteten Richtung.A drive shaft 2 is connected to the vehicle engine and carries a rotor disk 3, which has pump blades 4, which in one of the radially extending sections are arranged. The output shaft 5 carries the rotor disk 6 with the turbine blades 7, which are opposite the pump blades 4 radially outward are offset. In the other radially extending section there are stationary guide vanes 8 provided. The elbows or bends do not have vanes. At work of the transducer, the liquid flows in the direction indicated by the arrows.

Gemäß Fig. 1 a liegt das Verhältnis zwischen der radialen Erstreckung R1 - R2 des Leitrades und der Teilung t2 am Auslaß des Leitrades zwischen 1,6 und 2,5 und vorzugsweise zwischen 2,1 und 2,4. Die Leitschaufeln haben einen im wesentlichen radialen Einlaßteil. Der Winkel zwischen der Skelettlinie der Schaufeln und dem Umfang des Leitrades beträgt vorzugsweise zwischen 80 und 100°. Ferner sind die Leitschaufelkanäle so verjüngt, daß bei radialer Anströmung des Leitrades auf einer Strecke Rx vom Eimaß des Leitschaufelkanals ab gerechnet eine Kontraktion, d. h. eine Verengung des Durchflußquerschnitts zwischen benachbarten Schaufeln von der Größe Dx: t1 eintritt, die größer als 40% und vorzugsweise 45 % ist, wobei das Verhältnis R": (R1 -R2) weniger als 35% und vorzugsweise etwa 25% beträgt. Die durch Änderungen des Betriebszustandes bedingte, sich ändernde Umlenkung zwischen I und II erfolgt dabei innerhalb dieses Bereiches. Das Halbmesserverhältnis R2: R1 liegt zwischen 0;60 und 0,85, vorzugsweise zwischen 0,70 und 0,75, und die axiale Erstreckung oder Höhe der Schaufeln beträgt zweckmäßig 0,90 bis 1,70 und vorzugsweise 1,45 bis 1,65 der Teilung am Auslaß.According to FIG. 1 a, the relationship lies between the radial extent R1 - R2 of the stator and the pitch t2 at the outlet of the stator between 1.6 and 2.5 and preferably between 2.1 and 2.4. The guide vanes essentially have one radial inlet part. The angle between the skeleton line of the blades and the The circumference of the stator is preferably between 80 and 100 °. Furthermore, the Guide vane channels are tapered so that when the flow is radially against the stator on one Distance Rx from the dimension of the guide vane channel from a contraction, d. H. a narrowing of the flow area between adjacent blades of the Size Dx: t1 occurs, which is greater than 40% and preferably 45%, the ratio R ": (R1 -R2) is less than 35% and preferably about 25%. By changes The operating state-related, changing diversion between I and II takes place while within this area. The radius ratio R2: R1 is between 0; 60 and 0.85, preferably between 0.70 and 0.75, and the axial extent or The height of the blades is expediently 0.90 to 1.70 and preferably 1.45 to 1.65 the division at the outlet.

Fig.2 zeigt die Änderung des Strömungsquerschnitts durch das Leitrad, wobei sowohl Kurven für radiale Anströmung (III) wie auch für schräg nach hinten (II) und nach vorn (I) gerichtete Anströmung der Flüssigkeit gezeigt sind.Fig. 2 shows the change in the flow cross-section through the stator, with curves for radial flow (III) as well as for diagonally backwards (II) and forward (I) directed flow of the liquid are shown.

Gemäß Fig. 3 und 4 ist der Erweiterungswinkel im Pumpenschaufelkranz kleiner als 6,5°, vorzugsweise 3° oder noch kleiner, wobei das Pumpenschaufelprofil eine zur Auslaßkante hin stärker rückwärts gekrümmte Skelettlinie hat, derart, daß sich zum Auslaß hin eine Entlastung ergibt. Der Umfassungswinkel 99, der Schaufeln ist ungefähr ebenso groß wie der Teilungswinkel (Po, vorzugsweise etwa neun Zehntel des Teilungswinkels, bei einem Auslaßwinkel von etwa 30° und einem Halbmesserverhältnis RI P : R2 P von 0,70 bis 0,85.According to FIGS. 3 and 4, the widening angle in the pump blade ring is smaller than 6.5 °, preferably 3 ° or even smaller, the pump blade profile having a camber line curved more backwards towards the outlet edge so that there is relief towards the outlet. The circumferential angle 99 of the blades is approximately the same as the pitch angle (Po, preferably about nine tenths of the pitch angle, with an outlet angle of about 30 ° and a radius ratio RI P: R2 P of 0.70 to 0.85.

Gemäß Fig. 5 sind die Leitschaufeln so verwunden, daß der Auslaßwinkel um so kleiner wird, je größer der Abstand von der inneren Ringfläche ist. Infolgedessen ist der Anströmwinkel zur Pumpe über die ganze Breite des Einlasses bei geringen Werten des Drehzahlverhältnisses, d. h. im Anfahrbereich, im wesentlichen konstant (Fig.7). Anderenfalls würde der Anströmwinkel über die Breite des Pumpeneinlasses sich ändern, wie in Fig. 6 dargestellt.According to FIG. 5, the guide vanes are twisted so that the outlet angle becomes smaller, the greater the distance from the inner ring surface. Consequently is the angle of incidence to the pump over the entire width of the inlet at low Values of the speed ratio, d. H. in the approach area, essentially constant (Fig.7). Otherwise the angle of incidence would be across the width of the pump inlet change as shown in FIG.

Fig. 8 zeigt die Änderung des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Umlaufmenge.Fig. 8 shows the change in torque as a function of the Amount in circulation.

Aus Fig.9 ist der Verlauf des Strömungsquerschnitts im Kreislauf des Momentwandlers ersichtlich. Sowohl das Turbinenschaufelgitter wie auch das Leitschaufelgitter ist durchwegs mit Kontraktion ausgebildet, da sie mit stark wechselnden Winkeln arbeiten. Das Pumpenschaufelgitter arbeitet mit geringeren Änderungen des Einlaßwinkels und kann daher eine geringe Erweiterung aufweisen. An den Krümmungen des Kanals liegt stets die Gefahr einer Strömungsablösung vor, besonders längs den Innenseiten an den Einlässen zum Leitrad und zur Pumpe. Ein Maß für die Gefahr der Ablösung bildet die auf jedes Flüssigkeitsteilchen wirkende Fliehkraft, die zu einem Druckfall quer zur Krümmung Anlaß gibt.The course of the flow cross-section in the circuit of the Torque converter visible. Both the turbine vane grid and the guide vane grid is consistently designed with contraction, as it varies greatly with angles work. The pump vane grid operates with fewer changes in the inlet angle and therefore may have little expansion. At the bends of the canal there is always a risk of flow separation, especially along the inside at the inlets to the stator and to the pump. A measure of the risk of detachment forms the centrifugal force acting on each liquid particle, which leads to a pressure drop at right angles to the curvature.

Am äußeren Krümmer, also am Krümmer zwischen Turbine und Leitrad im Ausführungsbeispiel nach Fig.3 und 4, entsteht durch das Zusammenwirken der beiden Geschwindigkeitskomponenten ein großes Druckgefälle bei Drehzahlverhältnissen in der Nähe des Anfahrpunktes und des Kupplungspunktes. Zwecks Verhinderung einer Ablösung an der Innenseite hat dieser Krümmer eine Kontraktion. Die gesamte Kontraktion kann zwischen 5 und 20% sein und beträgt vorzugsweise 8 bis 12%.On the outer manifold, i.e. on the manifold between the turbine and the stator in the The embodiment according to FIGS. 3 and 4 is created by the interaction of the two Speed components have a large pressure gradient at speed ratios in near the approach point and the coupling point. To prevent detachment this bend has a contraction on the inside. The entire contraction can between 5 and 20% and is preferably 8 to 12%.

Am inneren Krümmer zwischen Leitrad und Pumpe wirken die beiden Geschwindigkeitskomponenten einander entgegen und es liegt hier stets eine gewisse Umlaufkomponente c" vor, die direkt proportional zu dem Wert ct,, ist. Die Ablösungsgefahr an dieser Krümmungsstelle ist also wesentlich geringer als am äußeren Krümmer. Dieser Umstand wird so ausgenutzt, daß man wie erwähnt an der äußeren Krümmungsstelle eine gewisse Kontraktion vorsieht zwecks Erzielung eines guten Wirkungsgrades und einer gleichmäßigen Anströmung und eine gewisse Erweiterung an der inneren Krümmungsstelle zuläßt, wo die Gefahr der Ablösung durch die Umlaufkomponente c" beseitigt ist. Die Erweiterung soll geringer als etwa 10% sein und beträgt vorzugsweise 4 bis 5 l)/o.At the inner bend between the diffuser and the pump, the two speed components counteract each other and there is always a certain circulating component c " , which is directly proportional to the value ct". The risk of detachment at this bend is significantly less than at the outer bend. This fact is used in such a way that, as mentioned, a certain contraction is provided at the outer point of curvature in order to achieve good efficiency and a uniform flow and a certain expansion is allowed at the inner point of curvature, where the risk of detachment by the circulating component c "is eliminated. The expansion should be less than about 10% and is preferably 4 to 5 l) / o.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Flow converter with a pump and a turbine in the radially outward flow and a stator in the radially inward flow Part as well as having a vane-free outer and inner elbow between the radial flowed through parts, the ratio between the radial extent of the Stator and the division at the outlet of the stator is between 1.60 and 2.50 and the blades have a substantially radial inlet portion, characterized in that that in the case of a radial flow against the stator over a distance Rx from the inlet of the stator vane channel calculated from a contraction D i: t1 takes place, which is greater than 40% and preferably 45%, where the ratio Rx: (R1 - R2) between the mentioned distance and the radial extent of the guide vane grid is less than 35 Ω / □ and preferably is about 25% and that the vane-free outer manifold is designed so that a gradual contraction of preferably 8 to 12% results, while the inner vane-free manifold increases the flow cross-section of at most 101 / o, preferably 4 to 5%.

2. Flow converter according to claim 1, characterized in that the guide vanes in such a way wound are that their outlet angle decreases with greater distance from the converter core, that the inlet angle of the pump across the entire width of the inlet at low Values of the speed ratio, d. H. in the approach area, essentially constant (Figures 5, 6 and 7).

3. Flow converter according to claim 1 or 2, characterized in that that the expansion angle in the pump is less than 6.5 ° and preferably about 3 ° is, wherein the pump vane profile is more so towards the outlet edge has a curved skeleton line at the back that a relief towards the outlet is achieved, and that the circumferential angle of the blades is approximately equal to the pitch angle (preferably nine tenths of the pitch angle), with an outlet angle of about 30 ° (Fig. 3 and 4) and a radius ratio of 0.70 to 0.85. Considered publications: German patent application A 909 XII / 47 h (published on November 22, 1951); french Patent No. 1091537; British Patent No. 470 750.