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Kapselwerk für Fliissiglreitsgetriebe,
Die Erfindung betrifft ein Kapselwerk für Flüssigkeitsgetriebe, welches neben hohem Nutzeffekt bei allen Übersetzungsverhältnissen eine Veränderung der Umdrehungszahl und eine entsprechende Vergrösserung oder Verkleinerung des Drehmomentes in ununterbrochener Reihe ermöglicht.
Mit rein mechanischen Mitteln lässt sich eine Übersetzung mit einer derartigen Veränderung der Umdrehungszahl und des Drehmomentes nur höchst unwirtschaftlich und nur für kleinere Kräfte erreichen, während die elektrische Übersetzung kostspielige und schwere Anlagen erfordert, welche in den meisten Geschwindigkeitsstufen mit verhältnismässig kleinem Nutzeffekt arbeiten, so dass auch'diese'Ubersetzungs- art in grösserem Masse nur angewendet werden kann, wo schon elektrische Energie zur Verfügung steht.
Schliesslich sind auch die bekannten hydraulischen Vorrichtungen zur Veränderung der Umdrehzahl und des Drehmomentes nicht für alle Zwecke, insbesondere nicht für Fahrzeuge verwendbar, weil diese, soweit sie die kinetische Energie der Flüssigkeit benutzen, bei Veränderung der Umdrehzahl nur in einem verhältnismässig kleinen Spielraum einen hohen Wirkungsgrad besitzen und sich das Drehmoment nicht in praktisch genügender Weise ändern lässt, während bei denjenigen, bei denen die statische Energie der Flüssigkeit verwendet wird, eine Änderung der Geschwindigkeit nur durch Nebeneinandersehalten verschiedener Kapselwerke, oder durch Zurückgleiten eines Teiles der Betriebsflüssigkeit in die Pumpe möglich ist, so dass sich nur wenige Stufen sprungweise einstellen lassen, bezw.
ein Teil der Energie des Flüssigkeitsstromes, welcher der Pumpe wieder zugeführt wird, vernichtet wird.
Vorliegende Erfindung beseitigt alle diese Mängel dadurch, dass die Fördermenge des Kapselwerkes innerhalb gewisser Grenzen durch mehr oder weniger weites Ausfüllen des Arbeitsraumes mittels verschiebbarer Organe beliebig verändert werden kann. Sie ist namentlich für solche Fälle geeignet, bei denen die Energiequellen ihre Umdrehungszahlen nur in beschränktem Masse ändern und in der Hauptsache über ein stets gleiches Drehmoment verfügen, wie Turbinen, Verbrennungs-, Explosions-und elektrische Motoren usw. und bei denen neben hohem Nutzeffekt eine Anpassung an alle vorkommenden Betriebsfälle nötig ist. Vorzugsweise ist es also für Fahrzeuge geeignet. Bei Lokomotiven kann durch Anwendung der Erfindung sogar eine Einheitslokomotive für Güter-und Schnellzüge geschaffen werden.
Um die bei hohen Drücken durch Undichtheiten möglichen Verluste zu vermeiden und grosse Regelkräfte unnötig zu machen, kann man gemäss der Erfindung die inneren Hohlräume des Kapselwerkes ausserhalb des Arbeitsraumes unter einem Druck halten, der in einem bestimmten Verhältnis zu dem Druck in der Saug-und Druckleitung steht. Stehen die inneren Hohlräume des Kapselwerkes z. B. unter einem mittleren Druck, so braucht man nur gegen den halben Druck abzudichten. Da die Hohlräume eigentlich als Rillendichtung dienen, werden die Dichtungsverhältnisse noch günstiger, so dass man die Arbeitsdrücke des Getriebes wesentlich steigern und es für gleiche Kräfteübertragung kleiner bauen kann.
Erfolgt die Regelung durch in den Arbeitsraum einschiebbare Elemente, so erzielt man, wenn die Hohlräume unter halben Druck gesetzt werden, einen völligen Ausgleich der Schubkräfte, da die Regelorgane zur einen Hälfte im Druckraum, zur andern im Saugraum liegen.
Die Erfindung zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung, u. zw. ist Fig. 1 ein Quer-
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schematische Gesamtanordnung der Anlage. Fig. 7 eine an dem Kolben angeordnete Einrichtung zum
Ausgleichen von Undichtheiten und Fig. 8 einen schematischen Schnitt durch ein Flüssigkeitsgetriebe bei welchem die Hohlräume des Kapselwerkes ausserhalb des Arbeitsraumes unter Druck gehalten werden.
In den Zeichnungen ist 1 die Welle, mit welcher die umlaufende Trommel 2 fest verbunden ist.
Letztere wird von den Gleitschiebern 3 durchdrungen, welche Rollen 31 tragen, die in Führungen 4 laufen, die mit dem Gehäuse 6 durch den Steg 5 fest verbunden sind. Die Führungen 4 dienen zur Aufnahme der Zentrifugalkräfte und halten bei Stillstand die Schieber in ihrer Lage. Das Gehäuse umschliesst konzentrisch die Trommel 2. Zwischen Gehäuse und Trommel liegt der Arbeitsraum 7, in welchen die Schieber. 3 hineinragen. Zur Trennung des Saugraumes von dem Druckraum dienen die beiden Trennungswiderlager 8.
Es sind bei dem Ausführungsbeispiel zwei solcher Widerlager entsprechend den zwei Saug-, bzw. Druckstellen vorhanden, unter denen die Schieber 3 infolge der elliptischen Ausbildung der Führungsbahnen 4 hindurchgeführt werden. Die Widerlager 8 sind für die Zwecke der Erfindung in der Achsrichtung der Trommel verschiebbar, so dass sie entweder den ganzen oder nur einen Teil des Arbeitsraumes abschliessen. Ferner ist in das Gehäuse eine mitumlaufende Hülse 9 eingebaut, welche parallel der Achse verschiebbar ist und Schlitze aufweist.
Diese Hülse kann nun mehr oder weniger in den Arbeitsraum 7 hineingeschoben werden, füllt denselben entsprechend aus und bildet mit den Stirnflächen der Schieber 3 eine glatte Zylinderfläche, welche an der Gehäusebohrung dicht anliegt und mit der Trommel umläuft und somit den Teil des Arbeitsraumes, der durch sie ausgefüllt ist, für die Arbeitsleistung ausschliesst.
Die Hülse 9 wird durch den sich nicht drehenden Ring 10 verschoben, welcher auch mit den beiden
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verschiebt.
Zur besseren Übersicht ist in Fig. 3 die fest auf der Welle aufgekeilte Trommel 2 mit den üblichen
Schlitzen zur Durchführung der Schieber 3 schaubildlich dargestellt. Diese Schlitze gehen nun aber nicht, wie bisher, über die gesamte Länge der Trommel, sondern werden an einem Ende durch Ansätze 11 ersetzt, welche in die Schlitze der in Fig. 4 dargestellten Hülse 9 einfassen und hiedurch die Hülse so halten, dass auch die Schieber 3 durch die Schlitze hindurchgehen und mit der Hülse eine glatte Oberfläche bilden.
Fig. 5 zeigt die Trommel 2 mit den Schiebern 3, der halb vorgeschobenen Hülse 9 und den entsprechend eingestellten Trennungswiderlagern 8, ferner die Oberflächen der Ansätze 11 auf der Trommel, welche beim Hinuntergleiten der Schieber ein Überströmen der Flüssigkeit in die Hohlräume der Kapselwerke verhindern.
Fig. 6 zeigt die Gesamtanordnung eines Flüssigkeitsgetriebes. 12 ist das von einem Motor angetriebene Kapselwerk gewohnlicher Bauart, welches immer gleich viel Betriebsflüssigkeit mit gleichem Druck fördert und mit stets gleicher Umdrehungszahl läuft. 13 ist die Druckleitung, welche im Bedarfsfall mit einem Stossdämpfer versehen werden kann. 14 ist das in Umdrehungszahl und Drehmoment ver- änderliche Kapselwerk, welches als Antriebsmotor z.
B. für ein Fahrzeug dient und 15 ist die Rückt leitung. 16 ist ein Kühler für die Betriebsflüssigkeit, 17 ein Druekakkumulator, welcher den Zweck hat, etwaige kleinere Flüssigkeitsverluste auszugleichen und die Rückleitung unter einem gewissen niederen
Druck zu halten. 18 ist ein Umlaut kanak für Leerlauf ; zur Umänderung der Drehrichtung dienen die
Leitungen 19 und 20.
Das beschriebene Kapselwerk kann bei seiner Verwendung für ein Flüssigkeitsgetriebe sowohl als
Pumpe, als auch als Motor dienen. Da, wo eine aussergewöhnlich hohe und feine Änderung der Umdreh- zahl verlangt wird und auch die Drehmomente beim Langsamlauf sehr gross werden kann man sowohl
Pumne wie Antriebsmotor gemäss der Erfindung ausbilden.
Wenn das Kapselwerk gemäss der Erfindung als Pumpe wirkt, und als Motor ein gewöhnliches Kapselwerk dient, so wird die Pumpe durch eine Kraftquelle mit stets gleicher Umdrehzahl und stets gleichem Drehmoment z. B. einem Drehstrommotor angetrieben. Die Pumpe schöpft dann eine gewisse Menge Flüssigkeit mit einem bestimmten Druck, deren Energie in dem gewöhnlichen Kapselwerk, welches als Motor dient, ausgenutzt wird. Wird nun der Arbeitsraum in der Pumpe durch das Vorschieben der Hülse 9 verkleinert, so fördert dieselbe bei derselben Umdrehzahl weniger Flüssigkeit, d. h. das als Motor wirkende Kapselwerk läuft entsprechend langsamer, da es für jede Umdrehung eine bestimmte Flüssigkeitsmenge verbraucht.
Nun ist aber das Drehmoment der Energiequelle gleich geblieben, so dass es möglich ist, dem Flüssigkeitsstrom einen der verringerten Fördermenge entsprechend höheren Druck zu geben, der der Verkleinerung des Arbeitsraumes umgekehrt proportional ist. Es wirkt also auf die Schaufeln des als Motor dienenden Kapselwerkes ein erhöhter Druck und vermehrt das Drehmoment desselben.
Man kann die Hülse 9 auch ganz über die Antriebstrommel schieben, so dass die Pumpe keine Flüssigkeit mehr fördern kann, also ein verlustfreier Leerlauf eintritt und keine Umlaufleitung benötigt wird.
Bei den in Fig. 7 und 8 dargestellten Einrichtungen zum Ausgleichen von Undichtheiten des Getriebes ist 21 eine Kapselpumpe, 22 ein Motor, welcher mit ersterer durch die Druckleitung 23 und die Saugleitung 24 verbunden ist. In der Pumpe 21 sind 25 die Arbeitsräume, 26 ist die in dem Arbeitsraum einschiebbare mitumlaufende Regelhülse und 27 sind die inneren Hohlräume der Pumpe. Bei dem Motor sind die Hohlräume mit 28 und die Arbeitsräume mit 29 bezeichnet.
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Der Druckkanal 23 ist durch eine Leitung 40 mit einem Zylinderraum verbunden, in welchen ein Differentialkolben 41 hineinragt, während der Saugkanal 24 durch die Leitung 42 mit einem Raum verbunden ist, welcher auf der gleichen Seite wie der Druck des Druckkanals auf den Differentialkolben wirkt.
Macht man die Flächen des Kolbens, welche mit dem Druck-und dem Saugkanal verbunden sind, gleich gross, so entsteht auf der andern Seite des Differentialkolbens, welcher gleich der Summe der beiden Flächen ist, auf welche der Arbeits-und Saugdruck des Flüssigkeitsgetriebes wirkt, die Hälfte des Druckunterschiedes zwischen Arbeits-und Saugdruek. Durch andere Bemessung der Kolbenflächen kann man auch einen Druck unter dem Kolben erhalten, der in einem beliebigen andern Verhältnis zu dem Arbeitsund Saugdruck steht.
Der Druck unter dem Kolben pflanzt sich nun durch die Leitungen 43 nach den Hohlräumen 27 und 28 der Kapselwerke 21 und 22 fort und bewirkt dort, sofern alles mit Flüssigkeit gefüllt ist, die gewünschen Druckverhältnisse.
Es ist klar, dass sich jede Druckänderung bei einer Belastungsänderung im Getriebe sofort durch die Wirkung der Kolben auch auf die Hohlräume überträgt, so dass der Druck dort immer in dem gewollten Verhältnis zu dem Druck im Druck-und Saugraum steht. Durch geeignete Wahl dieses Verhältnisses kann man den auf die Regelorgane und auf die Lager einseitig wirkenden Kräfte entsprechend regeln, bzw. ausgleichen.
Die beschriebene, auf hydrostatischen Gesetzen beruhende Wirkung des Differentialkolbens kann in gewissen Fällen ausbleiben, z. B. beim Austreten des Öles aus den Hohlräumen der Kapselwerke, bei einer Volumenänderung durch das Einschieben oder Herausziehen der Regelorgane in den Arbeitsraum u. dgl. Auch könnte beim Überströmen von Druck in den Saugraum in den Hohlräumen ein zu hoher Druck erzeugt werden. Um auch in solchen Fällen eine einwandfreie Wirkung zu erzielen, kann man durch Anordnung von Überströmkanälen gemäss Fig. 7 ein selbsttätiges entsprechendes Überströmen der Flüssigkeit bewirken.
Hier ist der Raum 32, in welchem der Arbeitsdruck durch das Rohr 40 auf Differentialkolben 41 wirkt, durch eine Leitung 48 mit dem Raum 44 in Verbindung, in dem der gewünschte Ausgleichsdruck vorhanden ist, und der Raum 30, welcher durch den Kanal 12 mit dem Saugkanal verbunden ist und auf den Kolben eine entsprechende Wirkung ausübt, steht mit dem Raum 44 mittels des Rohres 49 in Verbindung. Der Arbeitsraum sei mit einem Ölakkumulator, welcher Ölverluste in demselben ersetzt, verbunden.
Tritt nun in den Hohlräumen der Kapselwerke ein Ölverlust ein, so wird der Kolben 41 sich nach unten bewegen, da die Flüssigkeit aus dem Raum 44 abströmen kann. Überschreitet der Kolben nun die Mündung des Verbindungsrohres 48, so fliesst durch dasselbe 01 in den unter geringerem Druck stehenden Raum 44, füllt die Hohlräume und denselben mit Öl an und treibt den Kolben in die Höhe, bis er die Mündung wieder überdeckt und der Flüssigkeitsstrom aufhört.
Im Falle, dass in den Hohlräumen des Kapselwerkes ein unerwünscht hoher Druck entsteht, pflanzt sich dieser in den Raum 44 fort. Der Druck in diesem Raume überwiegt dann die Summe des Druckes auf die beiden andern Kolbenflächen, d. h. er treibt den Kolben in die Höhe, wobei er in einer bestimmten Stellung die Umleitung 49 freigibt und das überschüssige Öl in den Saugraum abfliessen lässt, bis wieder die richtigen Druckverhältnisse hergestellt sind. Entsprechend werden auch durch die Regelorgane bewirkte Volumenänderungen in den Hohlräumen des Kapselwerkes sofort ausgeglichen.
Natürlich kann man an Stelle des Differentialkolbens auch mehrere durch Übertragungsstangen miteinander verbundene Kolben anwenden, auch lassen sich noch andere Ausführungsformen für die Druckregelungsvorrichtung finden. Das Wesen der Erfindung liegt darin, überhaupt die inneren Hohlräume des Kapselwerkes unter einem Druck zu halten, der in einem bestimmten Verhältnis zu dem Arbeitsund dem Saugdruck steht, ohne Rücksicht darauf, durch welche besonderen Mittel dies erreicht wird.
Als Betriebsflüssigkeit kann den Umständen entsprechend z. B. Wasser, Öl, Glyzerin usw. dienen.
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