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Schaufelradanordnung, insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe Die zur
Kraftübertragung verwendeten Flüssigkeitsgetriebe nach Art des Föttilngergetriebes
arbeiten bekanntlich gut, solange die Lrbersetzungsverhältnisse, für welche das
Getriebe gebaut ist, nicht wesentlich über-- oder unterschritten werden. Wenn dagegen
z. B. das auf die getriebene Welle wirkende Drehmoment zunimmt, so daß ihre Geschwindigkeit
unter das normale .Maß sinkt, so wird der Wirkungsgrad des Getriebes verschlechtert.
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Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen und das
Flüssigkeitsgetriebe für verschiedene Übersetzungsverhältnisse verwendbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß die wirksame
radiale Schaufellänge einstellbar gemacht ist, indem eines; oder mehrere Schaufelräder
mit einer ganz oder teilweise aus unabhängig beweglichen konzentrischen Teilkränzen
bestehenden Schaufelung versehen sind, die entweder derart verstellt werden können
-, daß der entsprechende Teil des Strömungsweges schaufellos wird, oder derart im
Strömungsweg frei umlaufen können, daß sie an der Kraftübertragung nicht mitwirken.
Das Ein- und Ausrücken der konzentrischen Teilkränze kann selbsttätig mittels eines
Zentrifugal- oder Druckreglers o. dgl. bewirkt werden.
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Die Erfindung kann nicht nur bei Flüssigkeitsgetrieben, sondern auch
bei Wasserturbinen, Umlaufpumpen, Kreiselpumpen, Gasturbinen, Verdichtern u. dgl.
benutzt werden und ermöglicht eine Änderung der Umlaufzahl und des Drehmoments bei
Kraftmaschinen bzw. des Druckes und der Fördermenge bei Arbeitsmaschinen.
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Auf den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen des Gegenstandes der
Erfindung veranschaulicht.
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Abb. r ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines Flüssigkeitsgetriebes
gemäß der ersten Ausführungsform.
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Abb. 2 ist ein Querschnitt eines Teiles des Schaufelsystems desselben
Getriebes.
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Abb. 3 ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines Flüssigkeitsgetriebes
gemäß der anderen Ausführungsform.
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Abb. q. ist ein Längsschnitt eines Teiles eines Turbinengehäuses gemäß
der Erfindung. Abb. 5 zeigt eine Sperrvorrichtung.
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Abb.6 stellt die Moment- und Leistungskurven des in Abb.3 dargestellten
Getriebes dar.
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Bei der in den Abb. r und 2 dargestellten Ausführungsform sitzt fest
auf der Welle r (primären Welle), die mit einer Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine,
in unmittelbarer oder mittelbarer Verbindung steht, ein Schaufelrad (Primärrad)
2. Auf .der zu treibenden Welle 3 (sekundären Welle) sitzt ebenfalls ein Schaufelrad
4. (das sekundäre Rad). Die Räder 2 und q. sind derart zueinander angeordnet, daß
in ihrem Innern ein zusammenhängender Kanal zur Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit
entsteht,, die beim Drehen des- Primärrades in bekannter Weise teils eine drehende
Bewegung, teils eine Bewegung in
der Richtung des Pfeileis A (Abb.
z) ausführt, wobei zwischen dem Auslaß und dem Einlaß des Rades z ein Druckunterschied
entsteht, ähnlich wie in einer -Kreiselpumpe. Der Druck und die Bewegung der Flüssigkeit
wirken auf das Sekundärrad 4 ein, so daß letzteres eine Drehung in dem gleichen
Sinnewie das Primärrad ausführt und somit wie eine Turbine arbeitet.
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Die bisher beschriebenen Teile und ihre Wirkungsweise sind für alle
Flüssigkeitsgetriebe nach Föttinger kennzeichnend.
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Gemäß der Erfindung sind bei der in Abb. i und 2 dargestellten Ausführungsform
die Schaufeln des Primärrades 2 geteilt ausgebildet. Sie bestehen teils aus festen
Teilen 6, teils aus axial verschiebbaren Tejilen 7, 7'. Die Teile 7, 7' sind kornzentrisch
angeordnet und werden von ringförmigen Scheiben 8 bzw. 8' getragen, die auf der
Nabe des Rades 2 längsverschiebbar sitzen, wobei die Schaufelteile 7, 7' durch entsprechende
Aussparungen in der ,äußeren Seitenwand des Primärrades 2 hindurchgehen. Wenn die
verstellbaren Schaufelteile 7, 7' ganz aus dem Laufradkanal ausgezogen sind, arbeitet
das Primärrad somit nur mit den festen Schaufeln 6: Da der Durchmesser jener - Schaufeln
verhältnismäßig klein ist, so wird auch die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit
und damit auch die Umlaufgeschwindigkeit des Sekundärrades 4 entsprechend herabgesetzt.
je nachdem .eine Erhöhung der Umlaufzahl der Sekundärwelle beabsichtigt wird, kann
die Länge der Schaufeln des Primärrades durch Einschieben der beweglichen Schaufelkränze
vergrößert werden.
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Die Einstellung der die beweglichen Schaufelkränze 7 bzw. 7' tragenden
Scheiben 8 bzw. 8' kann mechanisch oder; wie in Abb. i angedeutet, hydraulisch erfolgen.
Im letzteren Fall sind die Scheiben derart ausgebildet, daß zwischen der Scheibe
8 und dem Primärrad 2 bzw. zwischen dien Scheiben 8 und 8' und zwischen der Scheibe
8' und dem umgebenden Gehäuse g geschlossene Zwischenräume oder Kammern io, ii
und 12 entstehen, die durch Kanäle 13 in der .Nabe des Gehäuses und Leitungen
14 zwecks Verschiebens der Scheiben unter verschiedenen Druck gesetzt werden können.
Der hierzu erforderliche Flüssigkeitsdruck kann beispielsweise durch das mit Flüssigkeit
ganz gefüllte Getriebe selbst geliefert werden, indem vorn Stellen verschiedenen
Druckes Leitungen. r5, 16 ausgehen. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe von Ventilen
17, durch welche die Zwischenräume 10, 11, 12 abwechselnd mit der
Druckseite durch; Leitung 15 und der Saugseite durch, Leitung 16 in verb#iudung
gesetzt werden können. . In Abb. i ist angenommen, daß der mittlere Zwischenraum
i i mit der Druckseite und die Räume io, 12 mit der Saugseite in Verbindung stehen,
so daß die Scheibe 8', welche den .äußersten Schaufelkranz 7' trägt, herausgezogen
wird. Abgesehen davon, ob die Einstellung mechanisch oder hydraulisch stattfindet,
kann sie während des - Betriebes erfolgen.
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Bei der in Abb.3 dargestellten Ausführungsform ist die Treibwelle
(oder Primärwelle) 21 finit einer nicht dargestellten Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine,
unmittelbar oder mittelbar verbunden und trägt ein Schaufelrad (das Primärrad) 22.
Auf der zu treibenden (oder sekundären) Welle sitzt das sekundäre Schaufelriad 24.
Dieses ist von einem oder mehreren konzentrischen Schaufelringen ---und zwar in
dem dargestellten Beispiel zwei, 25 und 26 - umgeben, welche auf der Sekundärwelle
oder, wie dargestellt, auf der Nabe des Rades 24 gelagert und deren Schaufeln derart
gestellt sind, daß die Ringe, welche beim Anlassen und niedriger Geschwindigkeit
der Sekundärwelle mit letzter_:er fest verbunden sind und somit auf sie treibend
wirken, bei zunehmender Geschwindigkeit der Sekundärwelle von dieser selbsttätig.
gelöst werden, und zwar derart, daß zunächst der äußere Ring z6 und, wenn die Geschwindigkeit
noch höher steigt, auch der innere Ring z 5 frei wird, wonach die Rine 2 5. 26 frei
umlaufen können, und zwar mit' den durch ihre Schaufelstellungen bedingten Geschwindigkeiten,
ohne irgendwelche Nutzarbeit zu leisten. Das Sekundärrad 24 bildet somit zusammen
mit seinen beiden Ringen 25, 26 ein langsam. laufendes Turbinenrad großen
Drehmomentes, zusammen mit nur dem innere ,n, Ring 25 ein etwas schneller laufendes
Turbinenrad kleineren Momentes, während das --Sekuu:därrad allein das in bezug auf
die Höchstgeschwindigkeit zweckmäßigste Turbinenrad mit dieser Geschwindigkeit entsprechendem
Drehmoment darstellt.
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Die Drehmoment- und Leistungskurven erhalten in diesem Fall das in
Abb.6 dargestellte Aussehen.
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Mit gestrichelten Linien sind hier die entsprechenden Kurven seines
Flüssigkeitsgetriebes bisher bekannter Ausführung mit demselben Geschwindigkeitsgebiet
und derselben Höchstleistung angedeutet.
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Das Turbinenrad gemäß Abb. 4 ist ähnlich i angeordnet wie bei dem
Getriebe mach Abb. 3 und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden. -Die
Entriegelung und Verriegelung der Teile 25; 26 in bezug auf die Sekundärwelle i
oder das Sekundärrad. kann entweder mit der Hand oder selbsttätig erfolgen. Eine
einfache
Ausführungsform einer selbsttätigen Verriegelung ist in
Abb. 5 dargestellt. Sie besteht aus einer Sperrklinke 27, die zwischen dem entsprechenden
Ring z5, 26 und dem Sekundärrad a4. einseitig wirkt. Beispielsweise ist die
Sperrklinke auf dem betreffendem Ring gelagert und greift in ein an dem Sekundärrad
,befestigtes Sperrad 28 ,ein. Die Steuerung des Gesperres kann entweder mit der
Hand oder mit Hilfe eines Zentrifugalreglers, Druckreglers oder sonstiger Mittel
erfolgen.
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Während bei den bisher bekannten Flüssigkeitsgetrieben, z. B. bei
denen von Föttinger, beim Festbremsen der angetriebenen Welle ein Drehmoment erhalten
wird, das höchstens etwa 1,6- bis z,8mal so groß wie das bei der zweckmäßigsten
Geschwindigkeit wirkende Moment ist, und während der Wirkungsgrad bei der zweckmäßigsten
(normalen) Umlaufzahl seinen Höchstwert erreicht und vor und hinter dieser Umlaufzahl,
wenn er in Funktion der Umlaufzahl als Kurve aufgetragen wird, schnell parabolisch
auf Null sinkt, kann bei einem Getriebe nach der Erfindung das Drehmoment beim Festbremsen
der angetriebenen Welle erheblich gesteigert werden, und zwar selbsttätig bis ;auf
leinen Wert, der mehrmals größer ist als das normale Moment. Ferner kann der Wirkungsgrad
innerhalb eines größeren Geschwindigkeitsgebietes verhältnismäßig konstant gehalten
werden. Dies bedeutet, daß ein nach den beschriebenen Grundsätzen gebautes Getriebe
mit großem Vorteil z. B. zum Antrieb von Fahrzeugen benutzt werden kann, was große
Anlaßmomente erfordert. Bei einem Motorfahrzeug, wie einem Automobil, kann deshalb
das Wechselgetriebe zweckmäßig durch ein Getriebe der beschriebenen Gattung ersetzt
werden. Die - Wirkungsweise spielt sich dabei wie folgt ab: Wenn ein Automobil,
das auf einem waagerechten Weg läuft, an eine Steigung gelangt, kann die Höchstleistung
des Motors dadurch vollkommen ausgenutzt werden, daß der Motor mit voller Umlaufzahl
läuft, während sich das für die Treibräder erforderliche Drehmoment auf den den
Steigungsverhältnissen und der Motorleistung entsprechenden Wert einstellt.
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Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen sind möglich, beispielsweise
braucht nur das Sekundärrad oder sowohl das Primärrad als auch das Sekundärrad mit
beweglichen Schaufelteilen ausgerüstet zu sein. Die Anzahl der beweglichen Schaufelkränze
kann beliebig groß sein. Wenn erwünscht, kann die Schaufelung der Räder ganz und
gar aus -beweglichen Teilen zusammengesetzt sein.
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Bei den Ausführungsformen gemäß den Abb.3 und .1 kann an Stelle des
in Abb. 5 dargestellten Zahngesp--rres auch ein Klemmgesperre verwendet werden.