Flüssigkeits-Wechselgetriebe. Die. Erfindung bezieht sich auf ein Flüssigkeits-Wechselgetriebe, welches für die Pumpe und für die Turbine je mindestens ein Propellerrad aufweist und besteht darin, dass die Schaufeln mindestens eines der Propellerräder drehbar auf der Nabe ange ordnet sind.
Es sind Flüssigkeits-Kupplungen bekannt, bei denen sowohl die Schaufeln einer Pro pellerpumpe als auch die Schaufeln einer Propellerturbine nicht drehbar auf der Nabe angeordnet sind. Dann entstehen grosse Lei stungsverluste, wenn das Getriebe mit Be triebsverhältnissen arbeitet, für die es nicht bemessen ist. Weiter ist auch bekannt, die Schaufeln insbesondere von Propellerturbi nen während des Betriebes in bezug .auf ihre Nabe zu verdrehen, um bei unveränderlicher Drehzahl die Leistung dem Bedarf anzu passen.
Im Gegensatz zu den bekannten Vor schlägen kann bei Flüssigkeits-Wechselge- trieben gemäss der Erfindung durch die Ver drehung der Schaufeln die Drehzahl der ge- triebenen Welle verändert werden, ge gebenenfalls die Drehrichtung sogar ge ändert werden, um den Betrieb den sich verändernden Bedingungen anzupassen.
Der Betrieb eines nach der Erfindung ausgebildeten Flüssigkeits-Wechselgetriebes kann dadurch noch weiter verbessert werden, dass die zur Übertragung der Leistung die nende Flüssigkeit durch eine Vorrichtung, beispielsweise durch eine Pumpe, unter er höhtem Druck gehalten wird. Die Entste hung der Kavitation wird dann vermieden.
Der Erfindungsgegenstand ist nach stehend mit Hilfe der Zeichnung anhand von drei verschiedenen Ausführungsbei spielen näher erläutert.
Fig. 1 und 2 zeigen im Längsschnitt und im Querschnitt ein erstes Ausführungs beispiel, die Fig. 3 und 4 veranschaulichen ebenfalls im Längs- und im Querschnitt eine Einzel heit des ersten Ausführungsbeispiels, und Fig. 5 zeigt im Längsschnitt ein zweites Ausführungsbeispiel, durch die Fig. 6 ist ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, und schliesslich ist durch die Fig. 7 und 8 eine Einzelheit des dritten Ausführungsbeispiels im Querschnitt und im Längsschnitt dargestellt.
Die in. den Fig. 1, 5 und 6 dargestellten Flüssigkeitsgetriebe dienen zur Übertragung einer mechanischen Leistung von einer trei benden Welle 1 auf eine getriebene Welle 2. Zu diesem Zweck wird durch die Welle 1 ein Pumpenrad 3 getrieben, wodurch die das Rad umgebende Flüssigkeit in Strö mung versetzt wird. Durch die Strömung wird dann. das Turbinenrad 4 angetrieben, welches seinerseits die Leistung auf die ge triebene Welle 2 überträgt.
Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Getriebe strömt die Flüssigkeit in dem durch die Pfeile 5 in Fig. 1 dargestellten Sinn im Kreislauf durch die Kränze des Pumpenrades 3 und des Turbinenrades 4. Um die zur Über- tragung notwendige Strömungsenergie zu er halten, wird,das Pumpenrad 3 über ein Zahn radgetriebe 6 angetrieben. Die Drehzahl des Turbinenrades wird durch ein zweites Zahn radgetriebe 13 wieder vermindert.
Zur Vermeidung von Strömungsverlusten sind an Stellen, wo rasche Richtungsände rungen erfolgen, Leitschaufeln 7 eingebaut. Ferner ist zur .Verminderung der Verluste der Strömungsquerschnitt ausserhalb des Be reiches des Pumpen- und des Turbinenrades wesentlich erhöht, um die Geschwindigkeit zu verlangsamen. Damit wird die Reibung an den Kanalwänden und die Wirbelung in der strömenden Flüssigkeit vermindert.
Die Schaufeln 8 des Turbinenrades 4 kön nen um ihre Längsachse 26 (Fig. 3) verdreht werden. Sie sind zu ,diesem Zweck mit Zapfen in Lagern der Nabe des Rades gehalten und können mit einer in den Fig. 3 und 4 darge stellten Vorrichtung im Innern der Nabe relativ zur Nabe verstellt werden. Der Antrieb dieser Vorrichtung erfolgt durch den Servomotor 9! , (Fig. 1). Ein Kol ben 10 wird mittelst der .durch die Lei tungen 11 zu- bezw. abgeführten Flüssigkeit verschoben. Das mit dem Kolben 10 ver- bundene Gestänge 12 steuert die in der Nabe angeordnete Verstellvorrichtung für die Schaufel B.
Die Stellung der Turbinenschaufeln 8 hat sich nach der Drehzahl der getriebenen Welle 2, ,dann nach der Drehzahl der treibenden Welle 1 und schliesslich auch nach der Grösse des zu übertragenden Moments zu richten. Wenn die Schaufeln ,8 so stark verdreht wer den, dass die Druckseite mit der Saugseite wechselt, wird die Drehrichtung ,der Welle 2 umgekehrt. Das Wechselgetriebe wird dann gleichzeitig .ein Wendegetriebe.
Mit Hilfe der Leitungen 14, 15 und 16 können Instrumente zur Messung des Druckes im Flüssigkeitskreislauf angeschlossen wer den. Gegebenenfalls können auch Vorrich tungen, welche den Druck der durch die Schaufelkränze strömenden Flüssigkeit er höhen, beispielsweise Pumpen, durch die Leitungen 14, 15 und 16 angeschlossen wer den. Es wird dann auf der Saugseite der Pumpen- und der Turbinenschaufeln, insbe sondere an den Abströmkanten, die Ent stehung von Kavitationserscheinungen ver mieden.
Ein geil 19 (Fig. 3) verhindert eine Ver drehung,des in der Hohlwelle 20 der Turbine angeordneten Gestänges 12 (Fig. 1 und 3). Ein Gewinde 21 ist auf -dem Gestänge 12: an geordnet, welches in einer Mutter 2'2, gleitet. Die Mutter verdreht sich dann bei Längsver schiebungen des Gestänges 12 bezüglich der Welle<B>20</B> und der Nabe 23. Die Mutter 22 be sitzt einen kegeligen Zahnkranz 24, der in. die Zahnräder 2.5 an den Schaufeln 8 eingreift.
Bei einer Längsverschiebung des Gestänges 122 werden somit die Schaufeln um ihre Längsachse 26 verdreht. j Bei dem zweiten in Fig. 5 dargestellten Beispiel wird der Flüssigkeitskreislauf in einem Kanal, welcher die Gestalt eines Torns aufweist, ,geführt, um in denjenigen Ab schnitten der Flüssigkeitsströmung, welche ausserhalb des Gebietes des Pumpen- und des Turbinenrades liegen, die Geschwindigkeit in erheblichem Mass zu vermindern. Die Rippen 17 und 1,8 sind als Leitschaufeln ausgebildet und derart gestellt, dass Stossverluste an den Schaufeln des Pumpen- und des Turbinen rades möglichst vermieden werden.
Bei dem in Fig. 6, 7 und 8 gezeigten Ge triebe dreht das Pumpenrad 3 mit der Blei chen Geschwindigkeit wie die treibende Welle 1 und das Turbinenrad 4 mit der glei chen Geschwindigkeit wie die getriebene Welle 2, Zahnrädergetriebe sind somit nicht notwendig. Im Gegensatz zu den Getrieben nach den Fig. 1 und -5 sind hier nicht nur die Schaufeln 8 des Turbinenrades 4, sondern auch die Schaufeln 27 des Pumpenrades ver drehbar auf der Nabe angeordnet.
Zur Steuerung der Turbinenschaufeln 8 ist ein Servomotor 28, welcher mit,der getrie benen Welle mitdreht, angeordnet und zur Steuerung der Pumpenschaufeln 27 ein Servo motor 29, welcher mit der treibenden Welle 1 mitdreht. Dem Pumpenservomotor 29 wird durch die Leitungen 30 und dem Turbinen- servom.otor 28 durch die Leitungen 31 Steuer flüssigkeit zugeführt, bezw. von jenen wieder abgeführt. Das zur Verdrehung .der Pumpen schaufeln dienende Gestänge 32 wird durch einen Kolben 33 in der Längsrichtung ver schoben.
Die Servomotoren zur Verstellung der Schaufeln des Getriebes können nach Fig. 8 dadurch vereinfacht werden, dass sie nur auf einer Seite mit einer Flüssigkeit gesteuert werden, während von der andern Seite eine Kraft durch eine Feder ständig auf sie aus geübt wird. Durch eine Leitung 34 (Fig. 8) wird eine Steuerflüssigkeit, deren Druck nach Massgabe der gewünschten Steuerung verän dert wird, auf die eine Seite des im Zylinder 35 gleitenden Kolbens 36 geleitet. Auf die Gegenseite des Kolbens .36 drückt die Feder 37. Der Kolben wird dann so verschoben, bis die Federkraft dem jeweils eingestellten Steuerdruck in der Leitung 35 Gleichgewicht hält.
Die Form der Kanäle für den Flüssig- keits-Kreislauf wird vorteilhaft so gewählt, dass nur in der Umgebung der Kränze des Pumpen- und des Turbinenrades eine hohe Strömungsgeschwindigkeit entsteht, sonst aber zur Verminderung von Strömungsver lusten die Geschwindigkeit vermindert wird. Zur Erhöhung des Druckes, unter welchem die Flüssigkeit im Kreislauf strömt, können Pumpen vorgesehen sein, welche ständig Flüssigkeit in den Kreislauf pressen. Auch die Leitschaufeln können verdrehbar angeord net werden, um ihre Stellung nach den Strö mungsverhältnissen der Flüssigkeit zu rich ten.
In besondern Fällen kann auch nur das Pumpenrad verdrehbare Schaufeln erhalten, während des Turbinenrad starr mit der Nabe verbundene Schaufeln besitzt.
Sowohl Pumpe als auch Turbine können je mehr als ein Propellerrad aufweisen.
Fluid change gear. The. The invention relates to a fluid change gear which has at least one propeller wheel each for the pump and for the turbine and consists in that the blades of at least one of the propeller wheels are rotatably arranged on the hub.
There are known fluid couplings in which both the blades of a propeller pump and the blades of a propeller turbine are not rotatably arranged on the hub. Then there are large losses in performance when the transmission works with operating conditions for which it is not rated. It is also known to rotate the blades, in particular of propeller turbines, with respect to their hub during operation, in order to adapt the power to the demand while the speed remains unchanged.
In contrast to the known proposals, the speed of the driven shaft can be changed in the case of fluid change-speed transmissions according to the invention by rotating the blades, and if necessary the direction of rotation can even be changed to adapt the operation to the changing conditions .
The operation of a fluid change-speed transmission designed according to the invention can be improved even further in that the fluid used to transmit the power is kept under increased pressure by a device, for example a pump. The emergence of cavitation is then avoided.
The subject of the invention is explained in more detail by playing with the help of the drawing using three different Ausführungsbei.
Fig. 1 and 2 show in longitudinal section and in cross section a first embodiment example, Figs. 3 and 4 also illustrate in longitudinal and cross-section a single unit of the first embodiment, and Fig. 5 shows a second embodiment in longitudinal section through the FIG. 6 shows a third exemplary embodiment, and finally, FIGS. 7 and 8 show a detail of the third exemplary embodiment in cross section and in longitudinal section.
The in. Figs. 1, 5 and 6 are used to transmit mechanical power from a driving shaft 1 to a driven shaft 2. For this purpose, a pump wheel 3 is driven by the shaft 1, whereby the liquid surrounding the wheel is set in flow. The flow then becomes. the turbine wheel 4 is driven, which in turn transmits the power to the shaft 2 driven GE.
In the transmission shown in FIGS. 1 to 4, the liquid flows in the sense shown by the arrows 5 in FIG. 1 in a circuit through the rings of the pump wheel 3 and the turbine wheel 4. In order to maintain the flow energy necessary for the transmission , The pump wheel 3 is driven via a gear transmission 6. The speed of the turbine wheel is reduced by a second gear 13 again.
To avoid flow losses, guide vanes 7 are installed in places where rapid changes in direction occur. Furthermore, the flow cross-section outside the area of the pump and turbine wheel is increased significantly to reduce the speed in order to reduce the speed. This reduces the friction on the channel walls and the turbulence in the flowing liquid.
The blades 8 of the turbine wheel 4 can be rotated about their longitudinal axis 26 (Fig. 3) NEN. They are held for this purpose with pins in bearings in the hub of the wheel and can be adjusted with a device shown in FIGS. 3 and 4 Darge inside the hub relative to the hub. This device is driven by the servomotor 9! , (Fig. 1). A piston 10 is closed or closed by means of the lines 11. discharged liquid shifted. The linkage 12 connected to the piston 10 controls the adjusting device for the blade B, which is arranged in the hub.
The position of the turbine blades 8 has to depend on the speed of the driven shaft 2, then on the speed of the driving shaft 1 and finally also on the magnitude of the torque to be transmitted. If the blades 8 are twisted so much that the pressure side changes with the suction side, the direction of rotation of the shaft 2 is reversed. The change gear then becomes a reversing gear at the same time.
With the help of lines 14, 15 and 16 instruments for measuring the pressure in the liquid circuit can be connected to whoever. If necessary, devices that increase the pressure of the liquid flowing through the blade rings, for example pumps, through lines 14, 15 and 16 can also be connected to whoever. The emergence of cavitation phenomena is then avoided on the suction side of the pump and turbine blades, especially at the trailing edges.
A horny 19 (Fig. 3) prevents Ver rotation of the linkage 12 arranged in the hollow shaft 20 of the turbine (Fig. 1 and 3). A thread 21 is arranged on the rod 12: which slides in a nut 2'2. The nut then rotates with longitudinal displacements of the linkage 12 with respect to the shaft 20 and the hub 23. The nut 22 has a conical ring gear 24 which engages the gears 2.5 on the blades 8.
In the event of a longitudinal displacement of the linkage 122, the blades are thus rotated about their longitudinal axis 26. In the second example shown in FIG. 5, the liquid circuit is guided in a channel, which has the shape of a torn, in order to reduce the speed in those sections of the liquid flow which are outside the area of the pump and turbine wheel to a considerable extent. The ribs 17 and 1, 8 are designed as guide vanes and are set in such a way that shock losses on the vanes of the pump and turbine wheel are avoided as far as possible.
In the Ge gear shown in Fig. 6, 7 and 8, the pump wheel 3 rotates with the lead chen speed as the driving shaft 1 and the turbine wheel 4 with the same speed as the driven shaft 2, gears are therefore not necessary. In contrast to the transmissions according to FIGS. 1 and -5, not only the blades 8 of the turbine wheel 4, but also the blades 27 of the pump wheel are rotatably arranged on the hub ver.
To control the turbine blades 8, a servo motor 28, which rotates with the driven shaft enclosed, is arranged and a servo motor 29 which rotates with the driving shaft 1 to control the pump blades 27. The pump servomotor 29 is supplied through the lines 30 and the turbine servom.otor 28 through the lines 31 control fluid, respectively. led away from them again. The rod 32 used to rotate the pumps is pushed in the longitudinal direction by a piston 33.
The servomotors for adjusting the blades of the gearbox can be simplified according to FIG. 8 in that they are controlled with a liquid only on one side, while a force is constantly exerted on them from the other side by a spring. A control fluid, the pressure of which is changed according to the desired control, is passed through a line 34 (FIG. 8) to one side of the piston 36 sliding in the cylinder 35. The spring 37 presses on the opposite side of the piston .36. The piston is then displaced until the spring force keeps the control pressure set in the line 35 equilibrium.
The shape of the channels for the liquid circuit is advantageously chosen so that a high flow speed only occurs in the vicinity of the rings of the pump and turbine wheel, but otherwise the speed is reduced to reduce flow losses. To increase the pressure under which the liquid flows in the circuit, pumps can be provided which constantly press liquid into the circuit. The guide vanes can also be rotated in order to adjust their position according to the flow conditions of the liquid.
In special cases, only the pump wheel can have rotatable blades, while the turbine wheel has blades rigidly connected to the hub.
Both the pump and the turbine can each have more than one propeller wheel.