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Kraftübertragungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft eine Kraftübertragungseinriehtung, d. h. eine Einrichtung, die Kraft oder
Antrieb von einer Antriebswelle zu einer Abtriebswelle überträgt, und bezweckt eine Einrichtung dieser Art zu schaffen, bei welcher die kinetische Energie der Arbeitsflüssigkeit in einer Flüssigkeitskupplung (z. B. Föttjngerschen Kupplung) zur Übertragung der Kraft benutzt wird, u. zw. in Verbindung mit einem den an der Antriebs-bzw. Abtriebswelle herrschenden veränderlichen Kraft-bzw. Belastungsverhältnissen entsprechend stufenlos und selbsttätig veränderlichen Wechselgetriebe.
Die Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung besteht im weiteren Sinne aus einer Flüssigkeitskupplung, deren Primärglied kraftschlüssig mit einer Antriebswelle und deren Sekundärglied kraftschlüssig mit einem Glied eines Umlaufräder-oder Differentialgetriebes verbunden ist. Zwischen dem Primär-und Sekundärglied der Kupplung ist ein Flügelrad angeordnet, welches kraftschlüssig mit einem weiteren Glied desselben Umlaufräder-oder Differentialgetriebes verbunden ist, während die Abtriebswelle dem dritten bzw. verbleibenden Glied des Getriebes angeschlossen ist.
Statt das Drehmoment der Antriebswelle unmittelbar durch eine Flüssigkeitskupplung auf die Abtriebswelle zu übertragen, findet daher ein Zwischenglied Verwendung, welches mit dem Sekundärglied der Kupplung und mit der Abtriebswelle in Antriebsverbindung steht, so dass das Drehmoment der Antriebswelle zunächst auf das Zwischenglied auswirkt, mit dem Erfolg, dass die Abtriebswelle anfänglich über ein Reduktiongetriebe angedreht wird. Dies dauert dann so lange fort, bis die Abtriebswelle eine gewisse Drehzahl erreicht und das Verhältnis zwischen der Belastung und dem Drehmoment der Antriebswelle dem Sekundärglied der Kupplung ermöglicht, einen Teil des Drehmomentes der Antriebswelle aufzunehmen, wodurch dann der Antrieb nunmehr durch das Sekundärglied vermittelt und die Drehzahl der Abtriebswelle weiter erhöht wird.
Praktisch verwendet man vorzugsweise ein Umlaufrädergetriebe, in welchem Falle das Sekundärglied der Flüssigkeitskupplung am besten mit dem Zahnkranz oder innenverzahnten Ring des Getriebes, das Flügelrad mit dem Sonnenrad und die Abtriebswelle mit dem Träger der Umlaufräder verbunden ist. Bekanntlich werden als die drei Glieder eines Umlaufrädergetriebes die genannten drei Teile, d. h. der Zahnkranz, das Sonnenrad und der Träger der Umlaufräder bezeichnet, wobei bei einem Differentialgetriebe diesen Teilen umlaufende Käfig mit seinen zwei Kegelrädern sowie die zwei verbleibenden Kegelräder entsprechen.
Unter "Flügelrad" wird in vorliegender Beschreibung irgendein geeignetes, mit Schaufeln, Flügeln, Bechern, Zellen u. dgl. versehenes rotierendes Rad verstanden, welches zwischen dem primären und sekundären Glied der Kupplung derart angeordnet werden kann, dass die durch das Primärglied ausgeschleuderte Flüssigkeit zwischen den Flügeln od. dgl. hindurchströmen kann.
Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 1-3 sind schematische Darstellungen der Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt derselben. Fig. 5 ist eine teilweise Vorderansicht des Flügelrades. Fig. 6 ist eine ähnliche Ansicht eines Teiles des Sekundärgliedes der Kupplung. Fig. 7,8 und 9 sind Vorderansicht, Längsschnitt bzw. Draufsicht eines Randteiles des Flügelrades (in grösserem Massstabe).
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Flügelrad mit W und das Umlaufrädergetriebe als Ganzes mit G bezeichnet. I und 0 deuten die Antriebs-bzw. Abtriebswelle an. Das Gehäuse 0 ist am Sekundärglied S fest angeordnet und F bezeichnet einen geeigneten Freilauf.
Das zwischengelegt Flügelrad besitzt an seinem Umfang Flügel 2 und die aus den Zellen 3 des Primärgliedes P der Kupplung herausgeschleuderte Flüssigkeit strömt zwischen diesen Flügeln in die
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des Flügelrades in das Primärglied zurückfliesst. Die Rippen 5 können auch in radialen, die Hauptachse des ganzen Systems enthaltenden Ebenen angeordnet sein, oder sie können durch Speichen ersetzt werden.
Das Primärglied P ist mit der Antriebswelle I aus einem Stück ausgebildet oder damit fest verbunden, wobei der Zahnkranz 6 des Umlaufrädergetriebes G am Sekundärglied S ausgebildet ist. Das Sonnenrad 7 des Umlaufrädergetriebes ist auf den Drehzapfen des Flügelrades W aufgekeilt und die Umlaufräder 8 sind an einem Träger 9 angeordnet, welche mit der Abtriebswelle 0 fest verbunden ist.
Beim Drehen des Primärgliedes P hat die aus seinen Zellen 3 herausgeschleuderte Flüssigkeit das Bestreben sowohl das zwischengelegt Flügelrad W, wie auch das Sekundärglied S mitzunehmen. Angenommen, dass auf die Abtriebswelle 0 (die mit dem Träger 9 der Umlaufräder verbunden ist) irgendeine Belastung auswirkt, so wird dem Andrehen des Sekundärgliedes ein grösserer Widerstand
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dem Sekundärglied und dem Träger 9 der Umlaufräder, auf welchen die Belastung auswirkt, grösser ist als die Übersetzung zwischen dem Sonnenrad und dem Träger 9, so dass die effektive Belastung des Sekundärgliedes grösser ist als die des Flügelrades. Das Drehmoment der Antriebswelle wirkt daher hauptsächlich auf das Zwischenglied, d. h. auf das zwischengelegt Flügelrad W aus.
Das Zwischenglied wird daher durch das Primärglied der Kupplung mitgenommen, wobei zwischen den beiden ein von der Drehzahl des Primärgliedes abhängiges Rutschen eintritt. Das Sonnenrad 7 des Umlaufrädergetriebes wird somit angedreht, wodurch der Träger 9 der Umlaufräder und damit auch die Abtriebswelle 0 angetrieben wird, u. zw. in derselben Richtung, jedoch mit verminderter Drehzahl, da der Zahnkranz infolge seiner höheren Belastung noch immer feststeht. Die volle Kraft des treibenden Drehmomentes wird somit praktisch in das Drehen des Flügelrades W gespendet.
Mit zunehmender Drehzahl der Abtriebswelle 0 wird jedoch die auf die Abtriebswelle 0 und somit auf den Zahnkranz 6 und auf das Sekundärglied ied S der Kupplung auswirkende Belastung allmählich herabgesetzt, so dass das Primärglied P allmählich auch das Sekundärglied S und damit den Zahnkranz 6 des Umlaufrädergetriebes G mitnimmt. Bei der infolge der fortgesetzten Belastungsverminderung eintretenden Drehzahlerhöhung des Zahnkranzes 6 dreht letzterer selbst den Träger 9 der Umlaufräder und damit die Abtriebswelle 0 mit immer zunehmender Drehzahl an, bis endlich die Drehzahl des Zahnkranzes 6 (das Rutschen in der Kupplung nicht beachten) die Drehzahl des Sonnenrades 7 erreicht.
Unter diesen Umständen drehen sich alle Glieder des Umlaufrädergetriebes mit derselben Geschwindigkeit und die Drehzahl der Abtriebswelle erreicht die Drehzahl der Antriebswelle.
Wie ersichtlich wird daher die Drehzahl der Abtriebswelle von Null bis zur Drehzahl der Antriebs-
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der Belastung wird durch eine entsprechende, durch die Belastung selbsttätig geregelte Abänderung des Übersetzungsverhältnisses begleitet, so dass das Drehmoment als praktisch konstant betrachtet
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kann daher als ein stufenlos veränderlicher Drehmoment-Umformer oder Wechselgetriebe betrachtet werden, welches eine selbsttätig wirkende Flüssigkeitskupplung mit enthält.
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änderung noch beträchtlich verbessert werden.
Bei dieser Abänderung sind die Flügel 2 des Flügelrades W mittels radialer Zapfen 10 drehbar gelagert, wobei die Flügel unter Federwirkung derart beeinflusst sind, dass sie das Bestreben haben, sich in axialer Richtung einzustellen. Zu diesem Zwecke kann z. B. gegen die abgeflachten inneren Enden der Zapfen 10 unter Federwirkung ein Ring 12 angedrückt werden (Fig. 8), welcher das Drehen der Zapfen zu verhindern sucht. Die Abflachungen der Zapfen 10 sind bei 11 angedeutet. Dabei ist das Sekundärglied S der Kupplung und der Zahnkranz 6 des Umlaufrädergetriebes an Rückwärtsdrehung durch einen zwischengelegten Freilauf F od. dgl. verhindert.
Durch diese Anordnung werden die Flügel 2 aus ihrer normalen axialen Lage (alle Figuren mit Ausnahme von Fig. 2) durch die Kraft der aus dem Primärglied der Kupplung herausgeschleuderten axialen Flüssigkeitssäulen beim Anlassen der Antriebswelle in eine nach vorwärts geneigte Lage gedreht (Fig. 2). Die durch die schräggestellten Flügel 2 mit bezug auf die Drehrichtung unter einem Winkel nach rückwärts geleitete Flüssigkeit wird dabei nach Fig. 2 auf die Wandung der Zellen 4 des Sekundärgliedes S treffen ohne letzteres rückwärts drehen zu können, da der Freilauf F diese Rückwärtsdrehung verhindert. Es entsteht daher eine Reaktionswirkung der Flüssigkeit auf die Flügel 2, welche an der Vorwärtsdrehung des Flügelrades W mithilft.
Da das Flügelrad mit dem Sonnenrad 7 des Umlaufrädergetriebes verbunden ist, wird hiedurch die Aufnahme der Belastung erheblich unterstützt. Das
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Flügelrad wirkt jetzt als der Rotor einer Reaktionsturbine, wobei das Sekundärglied 8 der Kupplung den Schaufelkranz bildet. Diese Wirkung wird fortgesetzt bis die Wirkung der aus dem Primärglied der Kupplung austretenden Flüssigkeitsstrahlen infolge zunehmender Drehzahl des Flügelrades W nachlässt, die Flügel kehren dann allmählich in ihre ursprüngliche axiale Lage zurück und wenn die Drehzahl des Flügelrades die des Primärgliedes erreicht, stellen sieh die Flügel wieder axial ein, worauf die
Flüssigkeitsstrahlen sich in Richtung der Pfeile in Fig. 3 bewegen, d. h. sie bleiben praktisch axial.
Die
Winkelstellung der drehbaren Flügel 2 hängt natürlich von der Drehzahldifferenz des Primärgliedes P und des Flügelrades W ab, d. h. vom Verhältnis der Kraft und der Belastung und wird mit der Ver- änderung dieser fortwährend verändert. Wenn alle Teile sich mit voller Geschwindigkeit drehen sind die Flügel axial, oder beinahe axial eingestellt.
Die beweglichen Flügel 2 können den Strömungslinien entsprechend, nach Art der bekannten
Turbinenschaufeln ausgebildet werden, u. zw. mit irgendwelchen Abänderungen die geeignet sind, dieselben den besonderen Arbeitsverhältnissen bei der Einrichtung nach der Erfindung bestens anzu- passen. Bei der dargestellten Ausführung sind z. B. die Flügel mit einer gebogenen, von der Laufrichtung schräg nach hinten gerichteten Vorderkante versehen.
Nach der Erfindung können zwischen dem Primär-und Sekundärglied der Kupplung auch mehrere
Flügelräder zwischengeschaltet werden, in welchem Falle das zweite, vierte usw. Flügelrad feststehende
Flügel besitzt und während die andern Flügelräder als Reaktionsturbinenrotoren arbeiten, als Schaufel- kranz wirkt. Diese als Schaufelkranz wirkende Flügelräder können auch miteinander verbunden sein und sie können an Rückwärtsdrehung einzeln oder zusammen durch mehrere oder nur einen Freilauf verhindert werden.
Die Kraftübertragungseinrichtung nach der Erfindung kann mit irgendeinem geeigneten Rück- laufgetriebe ausgestattet werden und zwischen dem Vorwärts-und Rückwärtsgang kann eine neutrale
Lage vorgesehen werden. Diese Rückwärts- und Neutralgänge sind bekannt und da die Erfindung sieh auf diese nicht erstreckt werden sie hier weiter nicht beschrieben.
Die Drehachsen der drehbaren Flügel (d. h. die Achsen der Drehzapfen 10) sind von der zentralen
Lage mit bezug auf die Länge der Flügel vorzugsweise verlegt, u. zw. so, dass sie von der Vorderkante der Flügel (d. h. der Kante neben dem Primärglied der Kupplung) weiter entfernt sind als von der Hinter- kante.
Der erwähnte Freilauf F zum Verhindern des Rücklaufes des Sekundärgliedes der Kupplung kann zwischen dem Sekundärglied oder einem damit fest verbundenen Bestandteil einerseits und einem
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ein Glied des Freilaufes (d. h. der Zahnkranz 13) am Gehäuse C ausgebildet, welches mit dem Sekundärglied 8 der Kupplung fest verbunden ist, wobei das andere Glied des Freilaufes (d. h. die Klinke oder Klinken 14) an einem relativ feststehenden Teil, z. B. am Lager 15 angebracht ist. Es kann auch eine Einrichtung vorgesehen werden, um den Freilauf nach Wunsch ausschalten zu können, da unter gewissen Umständen der Rücklauf des Sekundärgliedes der Kupplung und des Zahnkranzes des Umlaufrädergetriebes vorteilhaft sein kann. So wird z.
B. der Rücklauf des Zahnkranzes 6 gestatten, die Belastung äusserst langsam und allmählich aufzunehmen, so dass der Motor sein volles Drehmoment entwickeln kann bevor der Antrieb auf das Umlaufrädergetriebe übertragen wird. Zum Ausschalten des Freilaufes kann z. B. der relativ feststehende Teil des Freilaufes durch eine Bandbremse od. dgl. nach Belieben stillgesetzt werden. Wenn die Erfindung z. B. als ein Kraftwagengetriebe angewendet wird, kann diese Bremse mit der Wagenbremse derart verbunden werden, dass wenn die Wagenbremse angezogen wird die Freilaufbremse gelost wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftübertragungseinrichtung. mit einem Flüssigkeitsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Primär-und Sekundärglied des Flüssigkeitsgetriebes ein Flügelrad (W) eingeschaltet ist, so dass das angetriebene Primärglied (P) zunächst das Flügelrad (W) und erst dann das Sekundärglied (8) verdreht, wobei das Flügelrad (W) und das Sekundärglied (S) ihr Drehmoment auf je ein Glied eines Umlaufräder-oder Differentialgetriebes übertragen und das dritte Glied des Umlaufräderoder Differentialgetriebes mit dem Antrieb (0) verbunden ist.