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Flüssigkeitsgetriebe Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeitsgetriebe
mit als Sternzylindermaschine mit Einlaß- und Auslaßkanälen in der Hohlwelle ausgebildeter
Pumpeneinheit, welche aus zwei, durch ihre Relativgeschwindigkeit die Strömungsgeschwindigkeit
der Umlaufflüssigkeit bestimmenden Rotoren besteht, deren einer an die treibende
und deren anderer an die getriebene Welle gekuppelt ist, während der regelbare,
die Relativgeschwindigkeit bestimmende Motorteil mit der Pumpeneinheit mechanisch
gekuppelt ist.
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Diese Art von Getrieben bietet gegenüber anderen Flüssigkeitsgetrieben
den Vorteil, daß nur ein Teil der Leitung, der von der Relativgeschwindigkeit der
beiden Rotoren abhängt, auf hydraulischem Wege, der andere Teil hingegen mechanisch
übertragen wird, woraus sich ein günstiger Wirkungsgrad bei normaler Übersetzung
ergibt. Bei einem bekannten Getriebe dieser Bauart ist die bei beiden Einheiten
den inneren Rotor bildende Hohlwelle fest mit den Sternzylinderblöcken verbunden,
die daher mit der Welle umlaufen. Die Kolbenbewegung wird hierbei durch eine die
Zylinderblöcke umgebende Kurvenführung erreicht, an der die Kolbenenden mit Rollen
geführt sind.
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Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß entweder bei der Pumpeneinheit
oder bei der Motoreinheit oder bei beiden Einheiten die innenliegende Hohlwelle
als Exzenterwelle mit auf dem Umfang des Exzenterzapfens mündenden getrennten Einlaß-
bzw. Auslaßkanälen für die Umlaufflüssigkeit ausgebildet ist und auf dem Exzenterzapfen
drehbar den Zylinderblock trägt, der mit einem äußeren Rotor zu gemeinsamem Umlauf
gekuppelt ist. Diese Anordnung bietet den Vorteil einer gedrängten Bauart, bei der
dennoch die Einzelteile so bemessen werden können, daß sie zur Übertragung starker
Kräfte geeignet sind.
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Zweckmäßig verläuft der Einlaßkanal von dem Exzenterzapfen aus durch
den einen und der Auslaßkanal durch den anderen Wellenstummel.
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Der äußere Rotor der Pumpeneinheit oder der Motoreinheit oder beider
kann mit einem Zahnkranz versehen werden, der auf die getriebene Welle arbeitet.
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Weiterhin wird in an sich bekannter Weise ein Ventil zur völligen
Unterbindung des Flüssigkeitsumlaufes durch die Steuerkanäle vorgesehen. Hierdurch
wird die Möglichkeit geschaffen, bei unmittelbarem Kupplungsbetrieb den Motorteil
vom Flüssigkeitsdruck zu entlasten und damit die Leck- und Reibungsverluste zu verringern.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt.
Die Abb. i und 2 sind Längs- und Querschnitte
durch die Pumpeneinheit mit zwei Rotoren, .die Abb. 3 und 4 solche durch die Motoreinheit,
während die Abb. 5 und 6 .die Zusammenwirkung der beiden Getriebeteile mit Zahnrädergetrieben
in Anwendung auf eine Olmaschinenlokomotive zeigen.
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Die durch eine beliebige Maschine angetriebene und den inneren Rotor
bildende Kurbelwellei ist erfindungsgemäß als Hohlwell e (Abb. i, 2) ausgebildet
und mit auf dem Umfang des Kurbelzapfens 2 mündenden, getrennten Steuerkanälen für
den Zu- und Ablauf des Trieböles versehen, wobei 4 den durch den rechten Achsstummel
verlaufenden Druckkanal und 5 den durch den linken Achsstummel geführten Saugkanal
darstellt. Auf dem Kurbelzapfen :2 ist der Zylinderblock g mit sechs Zylindern drehbar
gelagert, die durch Durchflußöffnungen ii mit den Kanälen 4 und 5 verbunden sind.
Die Kolben r2 treiben mit Triebstangen 14 auf den äußeren Rotor 2o, der einerseits
in den Deckeln ig des Getriebegehäuses 21 mittels zweier Rollenlager 22 gelagert
ist und andererseits die Lagerung für die Kurbelwelle i mittels der beiden Rollenlager
z4 bildet. Durch diese Art der Lagerung wird der Vorteil erzielt, daß kein Reibungsverlust
in den Lagern 24 eintritt, wenn keine Relativdrehung der beiden Rotoren stattfindet.
Würden aber beide Rotoren im Gehäuse gelagert werden, so würde dieser Vorteil nicht
erreicht werden.-Mit den Deckeln ig sind die Stopfbüchsengehäuse 26 und 27 nebst
Stopfbüchsen 28 und 29 zusammengebaut. Das Trieböl kann durch den Kanal 4, die Wellenöffnungen
3i, das Gehäuse 27 und das Rohr 32 nach der Motoreinheit gefördert werden und von
letzterer durch das Rohr 33, das Gehäuse 26, die Öffnungen 34 und den Kanal 5 in
den Zylinderblock g zurückströmen.
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Der Rotor 2o ist mit zwei Zahnkränzen 30 versehen zur Übertragung
der Leistung auf die getriebene Welle. Der gemeinsame Umlauf des Rotors 2o mit dem
Zylinderblock g ist durch Hilfskurbeln 38 gesichert.
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Als Motoreinheit gelangt vorzugsweise die aus Abb. 3 und 4 ersichtliche
Kolbenmaschine 50 zur Verwendung. Diese besteht aus einem Gehäuse 5 i, einem
Rotor 52, der mittels der beiden Rollenlager 53 in den Seitenschildern 54 des Gehäuses
51 gelagert ist, einem mit dem Rotor umlaufenden Zylinderblock 55, bestehend aus
12, Zylindern von gleicher Bohrung und gleichem Hub (Maximalhub) wie die Zylinder
g des Primärgetriebes, und einer den Stator bildenden, nicht drehbaren Exzenterwelle
6o, die in Führungen 61 der Schilder 54 parallel zur eigenen Achse verschiebbar
gelagert ist. Das Treibmittel kann von der Pumpeneinheit durch das Rohr 62 und durch
den im Zapfen 6o liegenden Kanal 63 und die beiden Steuerkanäle 65 und 66 zu den
in zwei parallelen Ebenen und versetzt gegeneinander angeordneten Zylindern 55 fließen
und leistet über die Kolben 67 und Triebstangen 68 Arbeit auf den Rotor 52.
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Dieser trägt einen zweiteiligen Zahnkranz 69, der dazu dient,
den Rotor 52 über Zahnräder an die Pumpeneinheit anzuschließen (Abb. 5, 6). Durch
die Steuerkanäle 71 und 72, den Kanal 73 im Zapfen 6o und das Rohr 74 wird das Treiböl
in die Rotor-Rotor-Einheit zurückgefördert. Der den Stator bildende Exzenterzapfen
6o kann mittels Welle 8o, zwei Kegelräderpaaren 81 und 82 und Zugstangen 83 und
84, die in Gewindebüchsen 85 und 86 von Lagerböcken 87 und 88 des Gehäuses
51 laufen, so verschoben werden, daß jeder beliebige Kolbenhub eingestellt
und damit die Strömungsgeschwindigkeit der umlaufenden Flüssigkeit geändert werden
kann.
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Zur Verstärkung der Hohlwellen sind innerhalb der Kanäle 4, 5 (Abb.
2) und 63, 73 (Abb. 4) Verstärkungsrippen 6 und 66 von nierenförmigem Querschnitt
angeordnet. Diese Querschnittsform sichert eine gleichmäßige und möglichst reibungslose
Strömung der Flüssigkeit um die Rippen und zu und von den Zylindern.
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In dem Anwendungsbeispiel nach Abb. 5 und 6 ist eine öhnaschinenlokomotive
mit dem Olmotor ioo versehen. Eine Vorlegewelle 40 überträgt die Leistung der Pumpeneinheit
2i mittels Kegelräderpaares 42 und 43 auf die Blindwelle 70, während der Rotor der
Motoreinheit 50 mittels der Zahnräder 41 bis 44 mit der getriebenen Welle
40 verbunden ist.
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Die Welle der Ölmaschine ioo und des Getriebes 2,1 liegen iü der Längsrichtung
der Lokomotive, die Achse des Getriebes 50 liegt quer dazu, so daß die Übertragung
der Leistung des Getriebes 21 durch Kegelräder erfolgen muß, die Leistung des Getriebes
50 aber, das wesentlich größere Kräfte erreicht, durch Stirnräder auf die Blindwelle
übertragen wird, die mittels Kurbeln 77 und Triebstangen auf die Triebachsen arbeitet.
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Für die Rückwärtsfahrt der Lokomotive wird entweder die Ölmaschine
umgesteuert, oder das Kegelrad 42 treibt über das Kegelrad 47 anstatt 43 auf die
Blindwelle 70. Die Kegelräder 43 und 47 können durch ausrückbare Kupplungen mit
der Blindwelle verbunden werden. Rückwärtsfahrt kann auch vermittels des Getriebes
allein bewirkt werden, wie unten weiter ausgeführt wird.
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In der Rohrleitung ist außer einem Windkessel go ein Ventil 92 zur
völligen Unterbindung des Flüssigkeitsumlaufes zwischen
den beiden
Getriebeeinheiten 21 und 5o vorgesehen. Eine die Hinleitung 32 mit der Rückleitung
33 verbindende Ü'berströmleitung 93 mit Ventil 9i dient dem Zwecke, Leerlauf des
Getriebes herzustellen. Durch Schließen des Ventils 92 bei Kupplungsbetrieb (direkter
Gang) wird eine Entlastung der als Motor wirkenden Einheit vom Trieböldruck und
damit eine Verringerung der Reibung und der Leckverluste erreicht.
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Die Wirkungsweise des Getriebes ist folgende: Die aus zwei Rotoren
bestehende Einheit kann als Pumpe (Druckölerzeuger) oder als Motor (Druclcölverbraucher)
arbeiten. Die Pumpwirkung tritt ein, wenn der Rotor 2o durch die Zahnkränze
30 festgehalten ist (Stillstand der Lokomotive), während sich die mit der
Antriebsmaschine gekuppelte, den inneren Rotor bildende Kurbelwelle dreht, oder
wenn die Kurbelwelle i festgehalten ist und der Rotor 20 vom Zahnrädergetriebe aus
die Bewegung erhält. Die Einheit wirkt als hydraulischer Motor, wenn die Kurbelwelle
festgehalten ist und von einer Seite durch die Welle Drucköl zugeführt wird. Die
Kolben der einen Hälfte des Zylindersterns drücken dann gegen den Rotor 2o und versetzen
ihn in Relativdrehung gegenüber dem inneren Rotor. Man erkennt somit, daß bei sich
drehender Kurbelwelle der Rotor dieser vor-oder nacheilen kann, je nachdem von der
einen oder andern Seite Öl zu- oder abgeführt wird.
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Die Rotor-Stator-Einheit wirkt in ähnlicher Weise als Motor und als
Pumpe, eine Aufnahme oder Abgabe von Leistung findet in ihr aber nur statt, wenn
ihr Stator aus der Rotormitte verschoben ist. Für das Zusammenarbeiten des ganzen
Aggregates lassen sich folgende Fälle unterscheiden: Verbindet man Saug- und Druckleitung
miteinander durch Umschaltung des Hahnes 9i, so befindet sich das ganze Getriebe
im Leerlauf, eine Leistungsübertragung findet nicht statt.
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Kupplungsbetrieb: Schließt man den Hahn 92, so laufen der äußere Rotor
und Zylinderblock mit der gleichen Drehzahl der Kurbelwelle um, und die eingeschlossene
Flüssigkeit sperrt jede Kolbenbewegung: Sie kuppelt dadurch die den inneren Rotor
bildende Kurbelwelle mit den Zahnrädern des äußeren Rotors. Die ganze eingeführte
Leistung der Antriebsmaschine geht unmittelbar durch die Zahnräder und Kegelräder
zur Blindwelle.
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Das Getriebe nach der E..nndung stellt also gewissermaßen ein Zahnrädergetriebe
dar, bei dem dem einen Zahnrad 30 gegenüber seiner Welle i eine Relativdrehung
erteilt werden kann, die nach Richtung und Betrag durch Verstellung der Rotor-Stator-Einheit
regelbar ist.
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Langsamlauf: Verschiebt man den Stator 6o in entsprechender Richtung,
so wirkt die Rotor-Rotor-Einheit als Pumpe und die Rotor-Stator-Einheit als Motor.
Dabei wird die Leistung der Antriebsmaschine in zwei Teile gespalten, der eine Teil
geht durch die jetzt langsam laufenden Zahnräder, der andere Teil verläßt die Rotor-Rotor-Einheit
in Form von Druckflüssigkeit, die in der Rotor-Stator-Einheit Arbeit leistet und
an die Blindwelle abgegeben wird. Bei gleichbleibender Drehzahl und gleichbleibendem
Drehmoment der Antriebsmaschine ist der im Getriebe erzeugte Öldruck bei allen Drehzahlen
der Blindwelle derselbe, und das von den Einheiten auf die Blindwelle übertragene
Moment behält dabei immer denselben Wert, während die Drehzahl sich ändert. Je nach
der Größe des Hubes der- Kolben der Rotor-' Rotor-Einheit kann letztere mehr oder
weniger Öl verarbeiten, d. h. kann die Rotor-Stator-Einheit mehr oder weniger Öl
wegpumpen. Dabei läuft der äußere Rotor mehr oder weniger der Kurbelwelle nach.
Das von der Rotor-Stator-Einheit an die Blindwelle abgegebene Drehmoment steigt
mit dem Hube der Kolben, und entsprechend damit verringert sich die Drehzahl der
äußeren Rotoren beider Getriebeteile und der Blindwelle. Wird der Hub der Kolben
der Rotor-Stator-Einheit auf Null gebracht, so kann diese kein Öl aufnehmen, und
die zwischen den Rotoren der anderen Einheit eingeschlossene Flüssigkeit sperrt
dort die Kolbenbewegung, wodurch die Kurbelwelle und Blindwelle gekuppelt werden,
wie unter »Kuppelbetrieb« beschrieben und dort durch ein zusätzliches Abschalten
:des Motorteiles erreicht. Durch Abschalten mit Hahn 92 wird das Getriebe 50 vom
Öldruck entlastet, und dadurch werden Leck- und Reibungsverluste verringert.
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Schnellauf: Man kann die Drehzahl der Blindwelle über diejenige bei
Kuppelbetrieb steigern, wenn dafür gesorgt wird, daß der äußere Rotor der Kurbelwelle
voreilt. Dann nimmt die Rotor-Rotor-Einheit Flüssigkeit auf und wirkt als Motor.
Dabei wird an der Blindwelle das von den Zahnrädern übertragene Drehmoment gespalten,
der eine Teil geht an die Triebachsen, der Restteil an die andere Einheit, deren
Zylinder nun, zufolge der Achsverstellung entgegengesetzt wie bei Langsamlauf, als
Pumpe -wirken und Drucköl in das Getriebe 21 fördern und die Drehzahl des äußeren
Rotors über diejenige der Kurbelwelle erhöhen. Die Drehzahl der Einheit 2,1 wächst
dabei über die Drehzahl der Antriebsmaschine hinaus, den Mehrbetrag empfängt sie
auf hydraulischem Wege -vom
Getriebe 5o und gibt ihn durch die Zahnräder
und Blindwelle an dieses wieder zurück. Die Drehzahl der Blindwelle nimmt mit negativem
Hube des Getriebes 5o sehr schnell zu.
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Rückwärtsgang: Eine weitere Eigenart des Getriebes besteht darin,
daß man die Blindwelle auch rückwärts laufen lassen kann, ohne mit den Kegelrädern
umsteuern zu müssen. In diesem Falle geben die Zahnräder der Vorlegewelle Arbeit
an den äußeren Rotor 2o ab und treiben ihn der Kurbelwelle entgegen. Die Relativdrehzahl
des Zylindersternes gegenüber dem inneren Rotor ist nun größer als dessen Drehzahl,
so daß eine hydraulische Leistung an das Getriebe 5o abgegeben wird, die größer
als die Leistung der Antriebsmaschine ist. An der Blindwelle spaltet sich diese
Leistung, ein Teil geht an die Triebachsen der Lokomotive und der andere Teil über
das Rädergetriebe an den äußeren Rotor zurück und dreht diesen entgegen dem Drehsinne
der Kurbelw=elle. Rückwärtsfahrt wird bewirkt durch Verschiebung der Hohlwelle des
Getriebes 5o auf negativen Maximalhub.
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Wie ersichtlich, kann also jede der beiden Einheiten sowohl als Pumpe
als auch als Motor wirken, falls als Rotor-Stator-Einheit eine Kolbenmaschine der
dargestellten Bauart verwendet wird. Der Einfachheit halber ist jedoch in den Ansprüchen
kurz von »Pumpenteil« und von »Motorteil« die Rede; anstatt von »Rotor-Rotor-Einheit«
und »Rotor-Stator-Einheit«. Hiermit soll jedoch keine Beschränkung auf die Pumpwirkung
bzw. Motorwirkung zum Ausdruck gebracht werden. Die besonderen vorteilhaften Eigenschaften
des Getriebes nach vorliegender Erfindung bestehen u. a. darin, daß in Regelfahrt,
z. B. bei Anwendung auf Fahrzeugen mit reiner Zahnradübertragung, also Ausschaltung
der hydraulischen Übertragung und somit höchsten Wirkungsgraden gefahren werden
kann, und daß dieser Regelbetrieb für verschiedene Typen von Fahrzeugen durch beliebige
Wahl der Zahnräderübersetzungen des Getriebes in den Bereich der Regelgeschwindigkeit
gelegt werden kann, während von der Regelfahrt aus nach oben und unten die Geschwindigkeit
und das Drehmoment durch Veränderung des Hubes des Rotor-Stator-Getriebes kontinuierlich
veränderlich ist, wobei bei geringen Abweichungen von der Regelfahrt die hydraulisch
übertragene Leistung gegenüber der rein mechanisch übertragenen klein ist. Dadurch
sind sehr hohe übertragungswirkungsgrade gesichert.
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Die im Ausführungsbeispiel treibende bzw. getriebene Welle kann auch
zur getriebenen bzw. treibenden gemacht werden, wodurch ein Getriebe erhalten wird,
das für gewisse besondere Verwendungszwecke vorteilhaft ist.