Regulierungseinrichtung an Kreiselmaschinen. Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Regulierungseinrichtung an Kreisel maschinen.
Das unter dem Namen "Transformator von Föttinger" bekannte hydraulische Über setzungsgetriebe arbeitet bekanntlich gut, solange das Übersetzungsverhältnis, für welches das Getriebe gebaut ist, nicht wesent lich über- oder unterschritten wird. Wenn dagegen zum Beispiel das auf die angetrie bene Welle wirkende Drehmoment zunimmt, so dass ihre Geschwindigkeit unter das Nor malmass sinkt, so nimmt der Wirkungsgrad des Getriebes ab.
Mit Hilfe der vorliegenden Regulierungs einrichtung kann dieser Nachteil beseitigt und dadurch der Transformator für verschie dene Übersetzungsverhältnisse verwendbar gemacht werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schaufelrad der Kreisel maschine eine Schaufelung besitzt, die min destens einen beweglichen Teil aufweist, dessen Schaufeln einen Schaufelkranz bilden und der mit seinem Schaufelkranz derart beweglich angeordnet ist, dass die wirksame radiale Schaufellänge des Schaufelrades ver ändert werden kann.
Die Erfindung kann nicht nur bei hydrau lischen Transformatoren, sondern auch bei Wasserturbinen, Kreiselpumpen, Gasturbinen, Verdichtern und dergleichen benutzt werden und ermöglicht eine Änderung der Umlauf zahl und des Drehmomentes bei Kraft maschinen beziehungsweise des Druckes und der Fördermenge bei Arbeitsmaschinen.
Auf der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Fig. 1 ist - ein Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Transformators der mit der Regulierungseinrichtung versehen ist; Fig. 2 ist ein Querschnitt eines Teils des Schaufelsystems desselben Transformators; Fig.3 ist ein .Längsschnitt der einen Hälfte eines hydraulischen Transformators gemäss einer andern Ausführungsform, wobei schematisch Mittel zur Kupplung von Teilen des Schaufelrades gezeigt sind; Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Teils einer Turbine mit der Einrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 5 zeigt einen Teil der Kupplungs mittel nach Fig. 3; Fig. 6 stellt die Moment- und. Leistungs kurven des in Fig.3 dargestellten Trans formators dar.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungform sitzt ' fest auf der treibenden Welle 1, die mit einer Kraftquelle (z. B. einer Kraftmaschine) in unmittelbarer oder mittel barer Verbindung steht, ein Schaufelrad 2. Auf der zu treibenden Welle 3 sitzt ein Schaufelrad 4. Die Räder 2 und 4 sind derart zueinander angeordnet, dass in ihrem Innern ein zusammenhängender Kanal zur Aufnahme der Arbeitsflüssigkeit entstellt, die beim Drehen des treibenden Rades in be kannter Weise teils eine drehende Bewegung, teils eine Bewegung in der Richtung des Pfeils A, Fig. 1, ausführt, wobei zwischen dem Auslass und dem Einlass des Rades 2 ein Druckunterschied entsteht, ähnlich wie in einer Kreiselpumpe.
Der Druck und die Bewegung der Flüssigkeit wirken auf das zu treibende Rad 4 ein, so dass letzteres eine Drehung in dem gleichen Sinne wie das treibende Rad ausführt und somit wie eine Turbine arbeitet.
Die bisher beschriebenen Teile und ihre Wirkungsweise sind für alle Transformatoren nach Föttinger kennzeichnend.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform sind nun die Schaufeln "des Rades 2 geteilt ausgebildet. Sie bestehen teils aus fest mit der Radnabe und der Welle 1 verbundenen Teilen 6, teils aus achsial verschiebbaren Teilen 7, 7'. Die Teile 7, 7' sind konzentrisch angeordnet und zu Kränzen zusammengefasst, welche von ringförmigen Scheiben 8 bezw. 8' getragen werden, die auf der Nabe des Clehäuses 9 längsverschiebbar sitzen, wobei die Schaufelteile 7, 7' durch entsprechende Aussparungen in der äussern Seitenwand des Rades 2 hindurchgehen. Wenn die verstellbaren Schaufelkränze 7, 7' ganz aus dem Laufradkanal ausgezogen sind, ar beitet das Rad 2 somit nur mit den festen Schaufelteilen 6.
Da der Durchmesser dieser Schaufelteile verhältnismässig klein ist, so wird auch die Umlaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit und damit auch die Umlauf geschwindigkeit des zu treibenden Rades 4 entsprechend herabgesetzt. Je nachdem eine Erhöhung der Umlaufzahl der zu treibenden Welle beabsichtigt wird, kann die Länge der Schaufeln des treibenden Rades durch Ein schieben der beweglichen Schaufelkränze er höht werden.
Die Einstellung der die beweglichen Schaufelkränze 7 bezw. 7' tragenden Scheiben 8 bezw. 8' kann mechanisch oder wie in Fig. 1 angedeutet, hydraulisch erfolgen. Im letzteren Falle sind die Scheiben derart aus gebildet, dass zwischen der Scheibe 8 und dem 'Rad 2 bezw. zwischen den Scheiben 8 und 8' und zwischen der Scheibe 8' und dem umgebenden Gehäuse 9 geschlossene Räume 10, 11 und 12 entstehen, die durch Kanäle 13 in. der Nabe des Gehäuses und Leitungen 14 zwecks Verschiebens der Schei ben unter verschiedenen Druck gesetzt werden können.
Der hierzu erforderliche Flüssigkeits druck kann beispielsweise durch die mit Flüssigkeit ganz gefüllte Vorrichtung selbst geliefert werden, indem von Stellen ver schiedenen Druckes Leitungen 15, 16 aus gehen. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe von Ventilen 17, durch welche die Zwischen räume 10, 11, 12 abwechselnd mit der Druck seite durch Leitung 15 und der Saugseite durch Leitung 16 in Verbindung gesetzt werden können.
In Fig. 1 ist angenommen, dass der mitt lere Zwischenraum 11 mit der Druckseite und die Räume 10, 12 mit der Saugseite in Verbindung stehen, so dass Scheibe 8', welche den äussersten Schaufelkranz 7' trägt, heraus gezogen wird. Die Einstellung kann während des Betriebes erfolgen.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Aus führungsform bezeichnet 21 die Treibwelle, die mit einer nicht dargestellten Kraftquelle, z. B. einer Kraftmaschine unmittelbar oder mittelbar verbunden ist und ein Schaufelrad 22 trägt. 23 ist die zu treibende Welle, auf welcher der innere 'feil des zu treibenden Schaufelrades 24 festsitzt.
Der innere Teil des Rades 24 ist durch einen oder mehrere konzentrische Schaufelringe, und zwar in dem Falle durch zwei, 25 und 26, umgeben, welche derart auf der zu treibenden Welle oder, wie dargestellt; auf der Nabe des innern Teils des Rades 24 sitzen, dass die Ringe, welche beim Anlassen und bei nied riger Geschwindigkeit der zu treibenden Welle mit letzterer fest verbunden sind und somit auf sie treibend wirken, bei zunehmender Geschwindigkeit der .zu treibenden Welle von dieser selbsttätig gelöst werden, und zwar 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, und zwar mit den durch ihre Schaufel stellungen bedingten Geschwindigkeiten,
ohne irgendwelche Nutzarbeit zu leisten. Der innere Teil des Rades 24 bildet also bei fester Verbindung mit seinen beiden Ringen 25, 26 ein langsam laufendes Turbinenrad mit grossem Drehmoment, bei fester Verbin dung mit nur dem innern Ring 25 ein etwas schneller laufendes Turbinenrad mit kleinerem Moment, während der innere Teil des Rades 24 allein das in bezug auf die Höchstge schwindigkeit zweckmässigste Turbinenrad mit einem dieser Geschwindigkeit entspre chenden Drehmoment darstellt.
Die Drehmoment- und Leistungskurven erhalten in diesem Falle die in Fig. 6 dar gestellte Form.
Mit gestrichelten Linien sind in dieser Figur die entsprechenden Kurven eines Trans formators bisher bekannter Ausführung mit demselben Geschwindigkeitsgebiet und der selben Höchstleistung angedeutet.
Das Turbinenrad gemäss Fig. 4 ist ähnlich ausgebildet wie bei dem Transformator nach Fig.3 und braucht deshalb nicht näher be schrieben zu werden.
Die gegenseitige Kupplung und Ent- kupplung der Teile 25, 26 und der zu trei benden Welle kann beispielsweise durch folgende schematisch dargestellte Einrichtung getroffen werden.
Der Ring 25 besitzt an seinem Umfang Zähne 28., in welche eine Sperrklinke 27 greifen kann. Die Sperrklinke 27 ist am Zapfen 29 in dem Teil 26 gelagert. Ein am Zapfen 29 befestigter Arm 30 ist durch eine Stange 31 mit dem einen Ende eines Winkel hebels 32 verbunden, der am Zapfen 33 ge lagert und mit seinem andern Ende in eine Ringnut einer auf "der Welle 23 verschieb baren Hülse 34 greift. Die Verschiebung der Hülse 34 kann entweder durch einen Zentrifugalregler 35, wie dargestellt, erfolgen, oder mit Hilfe eines Handhebels, wobei der Reglerhebel oder der Handhebel mit einem Arm in eine Ringnut der Hülse 34 greift.
Die Hülse 34 besitzt an ihrem innern Ende Zähne 36, welche mit Zähnen 37 der Teile 24 und 25 in Eingriff gebracht werden können, um den Teil 25 mit 24 und dadurch mit der Welle 23 zu kuppeln.
Eine entsprechende Kupplung kann zwischen den Teilen 25, 24 vorhanden sein. Während bei den bisher bekannten hyd raulischen Vorrichtungen beim Festbremsen der angetriebenen Welle ein Drehmoment erhalten wird, das höchstens etwa 1,6-1,8 mal so gross wie das bei der zweckmässigsten Geschwindigkeit wirkende Moment ist, und während der Wirkungsgrad bei der zweck mässigsten (normalen) Umlaufzahl seinen Höchstwert erreicht -und über und unter 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 angetrie benen Welle erheblich gesteigert werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 und 5 kann diese Steigerung selbsttätig erfolgen bis auf einen Wert, der mehrmals grösser ist als das normale Moment. Ferner kann bei der vorliegenden Einrichtung der Wirkungsgrad innerhalb eines grösseren Geschwindigkeits gebietes annähernd konstant gehalten werden. Dies bedeutet, dass eine nach -den beschrie benen Grundsätzen gebaute Einrichtung mit grossem Vorteil, zum Beispiel zum Antrieb von Fahrzeugen benutzt werden kann, wozu grosse Anlassmomente erforderlich sind. Bei einem Motorfahrzeug, wie einem Automobil, kann deshalb das "Wechselgetriebe zweck mässig durch eine Einrichtung der beschriebenen Gattung, etwa gemäss Fig. 3 und 5, ersetzt werden.
Die Wirkungsweise spielt sich dabei wie folgt ab Wenn ein Automobil, .das auf einem horizontalen 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 erfor derliche Drehmoment auf den den Steigungs verhältnissen und der Motorleistung ent sprechenden Wert einstellt.
Abänderungen der beschriebenen Aus- führungsformen sind möglich, ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen. Beispiels weise kann sowohl das treibende Rad als auch das zu treibende Rad bewegliche Schaufelteile besitzen. Die Anzahl der be weglichen 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 dar gestellten Zahngesperres auch ein Klemm- gesperre verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen finit geteilten Schaufeln sind, wie erwähnt, auch bei Kreiselpumpen, Gasturbinen, Ver dichtern und dergleichen verwendbar. Bei Turbinen können so die Umlaufzahl und das Drehmoment, hei Kreiselpumpen die Förder höhe und Fördermenge verändert werden.
Regulating device on centrifugal machines. The present invention is a regulating device on gyroscopic machines.
The hydraulic transmission gear known under the name "Transformer von Föttinger" works well as long as the transmission ratio for which the transmission is built is not significantly exceeded or undercut. On the other hand, if, for example, the torque acting on the driven shaft increases so that its speed falls below the normal level, the efficiency of the transmission decreases.
With the help of the present regulating device, this disadvantage can be eliminated and thereby the transformer can be used for various gear ratios.
The invention is characterized in that at least one blade wheel of the rotary machine has blades which have at least one movable part, the blades of which form a blade ring and which is movably arranged with its blade ring in such a way that the effective radial blade length of the blade wheel is changed can.
The invention can not only be used in hydrau lic transformers, but also in water turbines, centrifugal pumps, gas turbines, compressors and the like and allows a change in the number of revolutions and the torque in power machines or the pressure and flow rate in machines.
In the drawing, some Ausfüh approximately examples of the invention are illustrated. Fig. 1 is a longitudinal section of one half of a hydraulic transformer provided with the regulating device; Fig. 2 is a cross-section of part of the vane system of the same transformer; 3 is a longitudinal section of one half of a hydraulic transformer according to another embodiment, means for coupling parts of the impeller being shown schematically; Fig. 4 is a longitudinal section of part of a turbine with the device according to the invention;
Fig. 5 shows part of the coupling means of Fig. 3; Fig. 6 represents the moment and. Power curves of the transformer shown in Fig. 3.
In the embodiment shown in Fig. 1 and 2 'sits firmly on the driving shaft 1, which is in direct or indirect connection with a power source (z. B. an engine), a paddle wheel 2. On the shaft 3 to be driven is seated a paddle wheel 4. The wheels 2 and 4 are arranged in such a way that in their interior a coherent channel for receiving the working fluid is disfigured, which when rotating the driving wheel in a known manner partly a rotating movement, partly a movement in the direction of the arrow A, Fig. 1, a pressure difference arises 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 wheel 4 to be driven, so that the latter rotates in the same way as the driving wheel and thus works like a turbine.
The parts described so far and their mode of operation are characteristic of all transformers according to Föttinger.
In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the blades ″ of the wheel 2 are now divided. They consist partly of parts 6 firmly connected to the wheel hub and the shaft 1, and partly of axially displaceable parts 7, 7 ' , 7 'are arranged concentrically and combined to form rings, which are carried by ring-shaped disks 8 and 8', respectively, which sit on the hub of the clevis 9 so that they can be moved longitudinally, with the blade parts 7, 7 'passing through corresponding recesses in the outer side wall of the wheel 2 When the adjustable blade rings 7, 7 'are completely pulled out of the impeller channel, the wheel 2 thus only works with the fixed blade parts 6.
Since the diameter of these blade parts is relatively small, the rotational speed of the liquid and thus also the rotational speed of the wheel 4 to be driven is correspondingly reduced. Depending on whether an increase in the number of revolutions of the shaft to be driven is intended, the length of the blades of the driving wheel can be increased by pushing the movable blade rings.
The setting of the movable blade rings 7 respectively. 7 'supporting disks 8 respectively. 8 'can take place mechanically or, as indicated in FIG. 1, hydraulically. In the latter case, the disks are formed in such a way that between the disk 8 and the 'wheel 2 respectively. between the discs 8 and 8 'and between the disc 8' and the surrounding housing 9, closed spaces 10, 11 and 12 are created which are placed under different pressures through channels 13 in the hub of the housing and lines 14 for the purpose of moving the discs can.
The liquid pressure required for this can be supplied, for example, by the device itself completely filled with liquid, by going from points of different pressure lines 15, 16 from. The control takes place with the help of valves 17, through which the intermediate spaces 10, 11, 12 can be alternately connected to the pressure side through line 15 and the suction side through line 16 in connection.
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 disc 8 ', which carries the outermost blade ring 7', is pulled out. The setting can be made during operation.
In the embodiment shown in Fig. 3, 21 denotes the drive shaft, which is connected to a power source, not shown, for. B. is directly or indirectly connected to an engine and a paddle wheel 22 carries. 23 is the shaft to be driven, on which the inner part of the impeller 24 to be driven is stuck.
The inner part of the wheel 24 is surrounded by one or more concentric blade rings, in this case by two, 25 and 26, which are mounted on the shaft to be driven or, as shown; On the hub of the inner part of the wheel 24 sit so that the rings, which are firmly connected to the shaft to be driven when starting and at low speed and thus act on it drivingly, automatically as the speed of the shaft to be driven increases be solved, in such a way that first the outer ring 26 and, if the speed is even higher, the inner ring 25 is free, after which the rings 25, 26 can rotate freely, with the speeds caused by their blade positions ,
without doing any useful work. The inner part of the wheel 24 forms with a fixed connection with its two rings 25, 26 a slowly running turbine wheel with high torque, with a fixed connection with only the inner ring 25 a slightly faster running turbine wheel with a smaller torque, while the inner part of the Wheel 24 alone represents the most useful turbine wheel with respect to the maximum speed with a torque corresponding to this speed.
In this case, the torque and power curves are given the form shown in FIG.
The corresponding curves of a transformer of previously known design with the same speed range and the same maximum output are indicated in this figure with dashed lines.
The turbine wheel according to FIG. 4 is designed similarly to the transformer according to FIG. 3 and therefore does not need to be described in more detail.
The mutual coupling and decoupling of the parts 25, 26 and the shaft to be driven can be achieved, for example, by the following device shown schematically.
The ring 25 has teeth 28 on its circumference, into which a pawl 27 can engage. The pawl 27 is mounted on the pin 29 in the part 26. An arm 30 attached to the pin 29 is connected by a rod 31 to one end of an angle lever 32 which is mounted on the pin 33 and engages with its other end in an annular groove of a sleeve 34 that can be displaced on the shaft 23. The displacement the sleeve 34 can either be effected by a centrifugal regulator 35, as shown, or with the aid of a hand lever, the regulator lever or the hand lever engaging with an arm in an annular groove in the sleeve 34.
The sleeve 34 has teeth 36 at its inner end which can be brought into engagement with teeth 37 of the parts 24 and 25 in order to couple the part 25 with 24 and thereby with the shaft 23.
A corresponding coupling can be present between the parts 25, 24. While with the hydraulic devices known to date, when the driven shaft is braked, a torque is obtained that is at most about 1.6-1.8 times as large as the torque acting at the most appropriate speed, and while the efficiency at the most appropriate ( normal) number of revolutions reaches its maximum value -and above and below 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 when braking the driven shaft can be increased significantly with a device according to the invention.
In the embodiment according to FIGS. 3 and 5, this increase can take place automatically up to a value which is several times greater than the normal torque. Furthermore, with the present device, the efficiency can be kept approximately constant within a greater speed range. This means that a device built according to the principles described can be used with great advantage, for example to drive vehicles, for which large starting moments are required. In a motor vehicle, such as an automobile, the "change gearbox can therefore be expediently replaced by a device of the type described, for example according to FIGS. 3 and 5.
The mode of operation is as follows: When an automobile that is running on a horizontal path comes up to an incline, the maximum power of the engine can be fully exploited by the fact that the engine runs at full speed while this is required for the drive wheels Set the torque to the value that corresponds to the gradient and the engine power.
Modifications to the described embodiments are possible without deviating from the essence of the invention. For example, both the driving wheel and the wheel to be driven 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, a clamping lock can also be used instead of the toothed lock shown in FIG. 5.
The above-described embodiments finitely divided blades can, as mentioned, also be used in centrifugal pumps, gas turbines, compressors and the like. In the case of turbines, the number of revolutions and the torque can be changed;