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Hydraulisches Getriebe, Wasserturbine, Umlaufpumpe, Gasturbine, Verdichter u. dgl.
Die unter dem Namen"Transformator von Föttinger"bekannte hydraulische Kraftübersetzung arbeitet bekanntlich gut, solange das Übersetzungsverhältnis, für welches der Apparat gebaut ist, nicht wesentlich über-oder unterschritten wird. Wenn dagegen z. B. das auf die angetriebene Welle wirkende Drehmoment zunimmt, so dass ihre Geschwindigkeit unter das Normalmass sinkt, so nimmt der Wirkungs- grad der Vorrichtung ab.
Die Erfindung hat den Zweck, diesen Nachteil zu beseitigen und dadurch den Transformator für verschiedene Übersetzungsverhältnisse verwendbar xu machen.
Die Erfindung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Schaufelräder mit Schaufeln versehen sind, die ganz oder teilweise aus beweglichen Teilen bestehen Die Beweglichkeit dieser Teile wird dadurch geschaffen, dass sie auf längsversehiebbaren oder in der Umfangsrichtung frei beweglichen konzentrischen Scheiben oder Ringen befestigt sind, durch deren Bewegung die wirksame Schaufellänge in radialer Richtung zwecks Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Transformators verändert werden kann.
Die Erfindung kann nicht nur bei hydraulischen Transformatoren, sondern auch bei Wasserturbinen, Umlaufpumpen, Kreiselpumpen, Gasturbinen, Verdichtern u. dgl. benutzt werden und ermöglicht eine Änderung der Umlaufzahl und des Drehmomentes bei Kraftmasehinen bzw. des Druckes und der Fördermenge bei Arbeitsmaschinen.
Auf den Zeichnungen sind zwei Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Getriebes gemäss der ersten Ausführungsform. Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teiles des Schaufelsystems desselben Getriebes. Fig. 3 ist ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Getriebes gemäss der andern Ausführungsform. Fig. 4 ist ein Längs-
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Fig. 6 stellt die Moment-und Leistungskurven des in Fig. 3 dargestellten Transformators dar.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sitzt fest auf der Welle 1 (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 J (sekundären Welle) sitzt ebenfalls ein Schaufelrad (das sekundäre Rad). Die Räder 2 und 4 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 Pfeiles A, Fig. 1, ausführt, wobei zwischen dem Auslass und dem Einlass des Rades 2 ein Druckunterschied, ähnlich wie in einer Kreiselpumpe, entsteht.
Der Druck und die Bewegung der Flüssigkeit wirken auf das Sekundärrad 4 ein, so dass letzteres e. ine Drehung in dem gleichen Sinne wie das Primärrad ausführt und somit wie eine Turbine arbeitet.
Die bisher beschriebenen Teile und ihre Wirkungsweise sind für alle Transformatoren nach Föttinger kennzeichnend.
Gemäss der Erfindung sind bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform die Schaufeln des Primärrades 2 geteilt ausgebildet. Sie bestehen teils aus festen Teilen 6, teils aus axial verschiebbaren Teilen 7, 7'. Die Teile'1, 1/sind konzentrisch angeordnet und werden von ringförmigen Scheiben 8 bzw. 8'
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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 Sekundär- rades 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 erhöht werden.
Die Einstellung der die beweglichen Schaufelkränze 7 bzw. l'tragenden Scheiben 8 bzw. 8'kann mechanisch oder, wie in Fig. 1 angedeutet, hydraulisch erfolgen. Im letzteren Falle sind die Scheiben derart ausgebildet, dass zwischen der Scheibe 8 und dem Primärrad 2 bzw. zwischen den Scheiben 8 und 8' und zwischen der Scheibe 8'und dem umgebenden Gehäuse 9 geschlossene Zwischenräume oder Kammern 10, 11 und 12 entstehen, die durch Kanäle 13 in der Nabe des Gehäuses und Leitungen 14 zwecks Verschieben der Scheiben unter verschiedenen Druck gesetzt werden können. Der hiezu erforderliche Flüssigkeitsdruck kann beispielsweise durch die mit Flüssigkeit ganz gefüllte Vorrichtung selbst geliefert werden, indem von Stellen verschiedenen Druckes Leitungen.
M, j ! 6 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 SÅaugseite durch Leitung 16 in Verbindung gesetzt werden können.
In Fig. 1 ist angenommen, dass der mittlere Zwischenraum 11 mit der Druckseite und die Räume 10, 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.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform bezeichnet 21 die Treibwelle (oder Primärwelle), die mit einer nicht dargestellten Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und ein Schaufelrad (das Primärrad) 22 trägt. 23 ist die zu treibende (oder sekundäre) Welle, auf welcher das sekundäre Schaufelrad 24 sitzt.
Das Sekundärrad 24 ist durch einen oder mehrere konzentrische Schaufelringe, u. zw. in dem dargestellten Falle zwei, 25 und 26, umgeben, welche auf der Sekundärwelle oder, wie dargestellt, auf der Nabe des Rades 24 gelagert und deren Schaufel derart gestellt sind, dass die Ringe, welche beim Anlassen und niedriger Geschwindigkeit der Sekundärwelle mit letzterer fest verbunden sind und somit auf sie treibend wirken, bei zunehmender Geschwindigkeit der Sekundärwelle von dieser selbsttätig gelöst werden, u. zw. derart, dass zunächst der äussere Ring 26 und, wenn die
Geschwindigkeit noch höher wird, auch der innere Ring 25 frei wird, wonach die Ringe 25,26 frei umlaufen können, n. zw. mit den durch ihre Schaufelstellungen bedingten Geschwindigkeiten, ohne irgendwelche Nutzarbeit zu leisten.
Das Sekundärrad bildet somit zusammen mit seinen beiden Ringen 25, 26 ein langsam laufendes Turbinenrad grossen Drehmomentes, zusammen mit nur dem inneren Ring 25 ein etwas schneller laufendes Turbinenrad kleineren Momentes, während das Sekundärrad allein das in bezug auf die Höchstgeschwindigkeit zweckmässigste Turbinenrad mit dieser Geschwindigkeit entsprechendem Drehmoment darstellt.
Die Drehmoment-und Leistungskurven erhalten in diesem Falle das in Fig. 6 dargestellte Aussehen.
Mit gestrichelten Linien sind in dieser Figur die entsprechenden Kurven eines Transformators bisher bekannter Ausführung mit demselben Geschwindigkeitsgebiet und derselben Höchstleistung angedeutet..
. Das Turbinenrad gemäss Fig. 4 ist ähnlich angeordnet wie bei dem Transformator nach Fig. 3 und braucht deshalb nicht näher beschrieben zu werden.
Die Entriegelung und Verriegelung der Teile 25,26 in bezug auf die Sekundärwelle oder das
Sekundärrad kann entweder. mit der Hand oder selbsttätig erfolgen. Eine einfache Ausführungsform einer selbsttätigen Verriegelung ist in Fig. 5 dargestellt. Sie besteht aus einer-Sperrklinke 27, die zwischen dem entsprechenden Ring 25, 26 und dem Sekundärrad 24 einseitig wirkt. Beispielsweise ist die Sperrklinke auf dem betreffenden 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.
Während bei den bisher bekannten hydraulischen Vorrichtungen, z. B. beim Transformator von Föttinger, beim Festbremsen der angetriebenen Welle ein Drehmoment erhalten wird, das höchstens etwa 1'6-1'8mat 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 einer Vorrichtung nach der-Erfindung das Drehmoment beim Festbremsen der angetriebenen Welle erheblich gesteigert werden, u. zw. selbsttätig bis auf einen Wert, der mehrmals grösser ist als das normale Moment.
Ferner kann der Wirkungsgrad innerhalb eines grösseren Geschwindigkeitsgebietes verhältnismässig konstant gehalten werden. Dies bedeutet, dass eine nach den beschriebenen Grundsätzen gebaute Vorrichtung 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 eine Vorrichtung der beschriebenen Gattung. ersetzt werden.
Die Wirkungsweise spielt sieh dabei wie folgt ab :
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Wenn ein Automobil, das auf einem horizontalen Weg fährt, 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 Steigungverhältnissen und der Motorleistung entsprechenden Wert einstellt.
Abänderungen der beschriebenen Ausführungsformen sind möglieh, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann nur das Sekundärrad oder sowohl das Primärrad als auch das Sekundärrad bewegliche Schaufelteile besitzen. Die Anzahl der beweglichen Schaufelkränze kann beliebig gross sein. Wenn erwünscht, kann die Schaufelung der Räder ganz und gar aus beweglichen Teilen zusammengesetzt sein.
Bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 3 und 4 kann an Stelle des in Fig. 5 dargestellten Zahngesperres auch ein Klemmgesperre verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen mit geteilten Schaufeln sind, wie erwähnt, auch bei Wasserturbinen und Umlaufpumpen (Kreiselpumpen), Gasturbinen, Verdichtern u. dgl. verwendbar.
Bei Turbinen können, so die Umlaufzahl und das Drehmoment verändert werden, bei Kreiselpumpen die Förderhohe und Fördermenge.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Hydraulisches Getriebe, Wasserturbine, Umlaufpumpe, Gasturbine, Verdichter \1, dgl., dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der Schaufelräder mit einer ganz oder teilweise aus beweglichen Teilen bestehenden Schaufelung versehen sind, die je in Kranzform auf konzentrischen Ringen, Scheiben od. dgl. befestigt und mit diesen derart beweglich sind, dass die wirksame radiale Sehaufellänge verändert werden kann, wodurch eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses hydraulischer Übersetzung, der Umlaufzahl und des Drehmomentes von Turbinen und des Druckes und der Fördermenge von Pumpen und Verdichtern ermöglicht wird.
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Hydraulic transmission, water turbine, circulation pump, gas turbine, compressor, etc. like
The hydraulic power transmission known under the name "transformer from Föttinger" works well as is well known, as long as the transmission ratio for which the apparatus is built is not significantly exceeded or not reached. If, however, z. If, for example, the torque acting on the driven shaft increases so that its speed drops below normal, the efficiency of the device decreases.
The invention has the purpose of eliminating this disadvantage and thereby making the transformer usable for various transmission ratios.
The invention is essentially characterized in that one or more of the paddle wheels are provided with paddles that consist entirely or partially of movable parts.The mobility of these parts is created by attaching them to longitudinally displaceable or freely movable concentric disks or rings in the circumferential direction are, through the movement of which the effective blade length in the radial direction can be changed for the purpose of changing the transmission ratio of the transformer.
The invention can be applied not only to hydraulic transformers, but also to water turbines, circulating pumps, centrifugal pumps, gas turbines, compressors and the like. Like. Be used and allows a change in the number of revolutions and the torque in Kraftmasehinen or the pressure and the flow rate in machines.
Two embodiments of the invention are illustrated in the drawings. Fig. 1 is a longitudinal section of one half of a hydraulic transmission according to the first embodiment. Fig. 2 is a cross section of part of the paddle system of the same gearbox. Fig. 3 is a longitudinal section of one half of a hydraulic transmission according to the other embodiment. Fig. 4 is a longitudinal
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FIG. 6 shows the torque and power curves of the transformer shown in FIG. 3.
In the embodiment shown in Fig. 1 and 2, a paddle wheel (primary wheel) 2 sits firmly on the shaft 1 (primary shaft), which is in direct or indirect connection with a power source (e.g. an engine) Driving shaft J (secondary shaft) also has a paddle wheel (the secondary wheel). The wheels 2 and 4 are arranged in relation to one another in such a way that a coherent channel for receiving the working fluid is created inside them, which when the primary wheel rotates in a known manner partly a rotating movement, partly a movement in the direction of arrow A, Fig. 1, executes, with a pressure difference between the outlet and the inlet of the wheel 2, similar to that in a centrifugal pump.
The pressure and the movement of the liquid act on the secondary wheel 4, so that the latter e. A rotation in the same sense as the primary wheel performs and thus works like a turbine.
The parts described so far and their mode of operation are characteristic of all transformers according to Föttinger.
According to the invention, in the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the blades of the primary wheel 2 are designed to be divided. They consist partly of fixed parts 6, partly of axially displaceable parts 7, 7 '. The parts'1, 1 / are arranged concentrically and are supported by annular disks 8 and 8 '
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adjustable blade parts 7, 7 'are completely pulled out of the impeller channel, the primary wheel thus only works with the fixed blades 6. Since the diameter of those blades is relatively small, the rotational speed of the liquid and thus also the rotational speed of the secondary wheel 4 reduced accordingly.
Depending on whether an increase in the number of revolutions of the secondary shaft is intended, the length of the blades of the primary wheel can be increased by pushing in the movable blade rings.
The adjustment of the disks 8 and 8 'carrying the movable blade rings 7 or 1' can be done mechanically or, as indicated in FIG. 1, hydraulically. In the latter case, the disks are designed such that between the disk 8 and the primary wheel 2 or between the disks 8 and 8 'and between the disk 8' and the surrounding housing 9, closed spaces or chambers 10, 11 and 12 arise which can be put under different pressures through channels 13 in the hub of the housing and lines 14 for the purpose of moving the discs. The fluid pressure required for this can, for example, be supplied by the device itself, which is completely filled with fluid, by using lines at different pressures.
M, j! 6 go out. The control takes place with the aid of valves 17 through which the spaces 10, 11, 12 can be connected alternately to the pressure side through line 15 and the suction side through line 16.
In Fig. 1 it is assumed that the middle space 11 is connected to the pressure side and the spaces 10, 12 are connected to the suction side, so that the disk 8 ', which carries the outermost blade ring 7', is pulled out. Regardless of whether the setting is mechanical or hydraulic, it can be done during operation.
In the embodiment shown in FIG. 3, 21 denotes the drive shaft (or primary shaft) which is connected to a power source (not shown), e.g. B. is connected directly or indirectly to an engine and a paddle wheel (the primary wheel) 22 carries. 23 is the shaft to be driven (or secondary) on which the secondary impeller 24 sits.
The secondary wheel 24 is formed by one or more concentric blade rings, u. between two, 25 and 26, in the case shown, which are mounted on the secondary shaft or, as shown, on the hub of the wheel 24 and whose blades are positioned in such a way that the rings, which are activated when the secondary shaft is started and at low speed the latter are firmly connected and thus have a driving effect on them, are automatically released from this as the speed of the secondary wave increases, u. between. Such that initially the outer ring 26 and, if the
Speed is even higher, the inner ring 25 is also free, after which the rings 25, 26 can rotate freely, n. Zw. With the speeds caused by their blade positions, without doing any useful work.
The secondary wheel, together with its two rings 25, 26, thus forms a slowly running turbine wheel with high torque, together with only the inner ring 25 a slightly faster running turbine wheel with a lower torque, while the secondary wheel alone is the turbine wheel that is most useful in terms of the maximum speed with this speed Represents torque.
In this case, the torque and power curves have the appearance shown in FIG.
The corresponding curves of a transformer of previously known design with the same speed range and the same maximum power are indicated in this figure with dashed lines.
. The turbine wheel according to FIG. 4 is arranged similarly to the transformer according to FIG. 3 and therefore does not need to be described in more detail.
The unlocking and locking of the parts 25,26 with respect to the secondary shaft or the
Secondary wheel can either. be done by hand or automatically. A simple embodiment of an automatic locking mechanism is shown in FIG. It consists of a pawl 27 which acts on one side between the corresponding ring 25, 26 and the secondary wheel 24. For example, the pawl is mounted on the relevant ring and engages in a ratchet 28 attached to the secondary wheel. The locking mechanism can be controlled either by hand or with the aid of a centrifugal regulator, pressure regulator or other means.
While in the previously known hydraulic devices such. B. in the transformer from Föttinger, when the driven shaft is braked, a torque is obtained that is at most about 1'6-1'8mat as large as the moment acting at the most appropriate speed, and while the efficiency is at the most appropriate (normal) number of revolutions reaches its maximum value and before and after this number of revolutions, if it is plotted as a curve as a function of the number of revolutions, quickly parabolically drops to zero, the torque can be increased significantly in a device according to the invention when the driven shaft is braked, u. betw. automatically except for a value that is several times greater than the normal moment.
Furthermore, the efficiency can be kept relatively constant within a larger speed range. This means that a device built according to the principles described with great advantage z. B. can be used to drive vehicles, which requires large starting moments. In a motor vehicle, such as an automobile, the change gear can therefore expediently be provided by a device of the type described. be replaced.
The mode of action is as follows:
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When an automobile traveling on a horizontal path comes up on an incline, the maximum power of the engine can be fully exploited by running the engine at full revolutions while the torque required for the drive wheels is based on the gradient conditions and the engine power Value adjusts.
Modifications to the described embodiments are possible without departing from the essence of the invention. For example, only the secondary wheel or both the primary wheel and the secondary wheel can have movable blade parts. The number of movable blade rings can be as large as desired. If desired, the blades of the wheels can be composed entirely of moving parts.
In the embodiments according to FIGS. 3 and 4, instead of the toothed locking mechanism shown in FIG. 5, a clamping mechanism can also be used.
The embodiments described above with divided blades are, as mentioned, also in water turbines and circulation pumps (centrifugal pumps), gas turbines, compressors and the like. Like. Usable.
With turbines, the number of revolutions and the torque can be changed, with centrifugal pumps the delivery head and delivery rate.
PATENT CLAIMS:
1. Hydraulic transmission, water turbine, circulating pump, gas turbine, compressor \ 1, the like., Characterized in that one or more of the paddle wheels are provided with a completely or partially made up of moving parts, each in a ring shape on concentric rings, discs or Are attached and movable with them in such a way that the effective radial blade length can be changed, whereby a change in the transmission ratio of hydraulic transmission, the number of revolutions and the torque of turbines and the pressure and flow rate of pumps and compressors is made possible.