DE1272673B - Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischen Wandlern - Google Patents

Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischen Wandlern

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DE1272673B
DE1272673B DE1960T0018301 DET0018301A DE1272673B DE 1272673 B DE1272673 B DE 1272673B DE 1960T0018301 DE1960T0018301 DE 1960T0018301 DE T0018301 A DET0018301 A DE T0018301A DE 1272673 B DE1272673 B DE 1272673B
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DE1960T0018301
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Inventor
Conrad Roth Hilpert
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Twin Disc Inc
Original Assignee
Twin Disc Inc
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H41/00Rotary fluid gearing of the hydrokinetic type
    • F16H41/04Combined pump-turbine units

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischen Wandlern Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischeu Wandlern mit torroidalem Strömungskreislauf, in dem eine mit einer Antriebsmaschine, beispielsweise Verbrennungsmotor, verbundene Pumpe, eine Turbine und ein in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Turbine liegendes Leitrad und ein erstes und ein zweites Pitotsches Rohr angeordnet sind, wobei das erste Pitotsche Rohr im Bereich des Einlasses in das Leitrad liegt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine bestimmte Anordnung der beiden Pitotschen Rohre einen linearen Zusammenhang zwischen dem Meßergebnis der Pitotschen Rohre und dem übertragenen Drehmoment zu erhalten.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das zweite Pitotsche Rohr im Bereich des Auslasses aus dem Leitrad derart angeordnet ist, daß beide Pitotschen Rohre dem statischen Druck und das erste Pitotsche Rohr zusätzlich wenigstens einer Komponente des Strömungsdruckes der aus der Turbine strömenden Flüssigkeit ausgesetzt ist, während das zweite Pitotsche Rohr der aus dem Leitrad abfließenden Strömung in einem Bereich zwischen Null und einem Wert unter dem Druck im ersten Pitotschen Rohr derart ausgesetzt ist, daß das Verhältnis zwischen übertragenem Drehmoment und der zwischen beiden Pitotschen Rohren bestehenden Druckdifferenz sich linear verhält und daß eine Abtastvorrichtung mit einem gleich großen, mit den vom ersten bzw. zweiten Pitotschen Rohr übertragenen Drücken beaufschlagte Flächen aufweisenden Stellglied in Verbindung mit einer Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit des von den Pitotschen Rohren übertragenen Differenzdruckes die Antriebsmaschine im Sinn einer entsprechenden Änderung des der Pumpe zugeführten Drehmoments beeinflußt.
  • Es ist bei Strömungswandlern bekannt, das übertragene Drehmoment z. B. durch Beeinflussung der Antriebsmaschine oder Verstellen der Schaufeln in Abhängigkeit vom Wandlerdruck zu begrenzen oder zu beeinflussen. Weiterhin ist es bekannt, mittels je einer Druckmeßstelle (Pitotsches Rohr) an der Ober-und Unterseite der Leitschaufeln eines hydrodynamischen Wandlers im Bereich des Leitradeinlasses das übertragene Drehmoment des Wandlers zu messen und mittels dieses Meßwertes die Leitschaufelverstellung auf einen Optimalwert zu steuern. Dabei ist das Verhältnis der Änderung der Druckdifferenz zwischen den Meßstellen und dem übertragenen Drehmoment nicht linear.
  • Durch die Erfindung wird eine Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments in hydrodynamischen Wandlern geschaffen, bei denen auf einfachste Weise durch Auswertung bestimmter Strömungsverhältnisse im Wandlerkreislauf eine genaue Beeinflussung des Drehmomentverhältnisses möglich ist. Die gesamte Einrichtung wird dadurch wesentlich einfacher und betriebssicherer und läßt sich insbesondere sehr leicht an unterschiedliche Betriebsbedingungen und unterschiedliche vorgesehene Regelwerte anpassen.
  • In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bestehen die Stellglieder aus Membranen, die zwischen Kammern liegen und auf gegenüberliegenden Seiten mit dem Druck aus dem ersten bzw. dem zweiten Pitotschen Rohr in Verbindung stehen. Dabei können die Membranen bei ihrer Bewegung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz elektrische Kontakte betätigen, welche die das Antriebsdrehmoment beeinflussende Vorrichtung steuern.
  • Weiterhin können zwei Membranen vorgesehen sein, wobei die Druckkammern vor bzw. hinter den Membranen durch Leitungen verbunden und in den Kammern auf einer Seite Membranenfedern verstellbar angeordnet sind, welche die Membranen in einer Richtung vorspannen.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt durch einen dreistufigen hydrodynamischen Drehmomentwandler mit der Einrichtung zum Begrenzen des Drehmoments, F i g. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1, F i g. 3 in größerem Maßstab einen Schnitt durch eines der Pitotschen Rohre, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 in F i g. 3, F i g. 5 eine Ansicht ähnlich F i g. 4 auf das andere der Pitotschen Rohre, F i g. 6 schematisch eine Ansicht der Lage der Pitotschen Rohre zu den Schaufeln des Leitrades und F i g. 7 ein Vergleichsdiagramm der Differentialdrücke der Pitotschen Rohre im Verhältnis zum Ab- gabedrehmoment.
  • Eine Eingangswelle 10 ist mit einem Motor, beispielsweise mit einem Verbrennungsmotor, kraftschlüssig verbunden. Auf der Welle 10 ist ein Schaufelrad 11 mit Pumpenschaufeln 12 aufgekeilt. Der toroidale Strömungskreislauf 13 wird in seinem äußersten Teil durch ein stationäres Gehäuse 14 gebildet. Von den Pumpenschaufeln 12 durchströmt die Flüssigkeit eine mit der Abtriebswelle 17 verbundene dreistufige Turbine 16 mit Schaufelkränzen 18, 19 und 20. Zwischen den Turbinenschaufeln 18 und 19 ist ein erster Luitschaufelkranz 21 und zwischen den Turbinenschaufeln 19 und 20 ein zweiter Leitschaufelkranz 22 vorgesehen.
  • Beim dargestellten Wandler 15 liegen die Pumpenschaufeln 12 und die Schaufeln 18 der ersten Stufe der Turbine im zentrifugalen Bereich, während die Schaufeln 19, 20 der zweiten und dritten Turbinenstufe und die zweiten Leitschaufeln 22 in dem zentripedalen Bereich des Kreislaufes angeordnet sind. Die ersten Leitschaufeln 21 liegen im Außenbogen.
  • Die Pitotschen Rohre 23, 24 erstrecken sich durch die Außenwand 25 des Wandlergehäuses 14, so daß ihre Schäfte 26, 27 vor bzw. hinter den Leitschaufeln 21 liegen. Sie haben einen üblichen Aufbau, jedoch zur Anpassung an Schaufellage und -teilung abweichende Winkellagen für ihre Einlaßkanäle, die dein Staudruck der Antriebsflüssigkeit ausgesetzt sind.
  • F i g. 3 und 4 zeigen den Innenaufbau des in Strömungsrichtung vorderen Pitotschen Rohres 23. Sein Schaft 26 besteht aus einem Stück mit einem außerhalb der Gehäusewand 25 liegenden hohlen Kopf 28. Er hat einen Längskanal 29, welcher eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Kopfes 28 und einem seitlichen Einlaßkanal 30 für den Staudruck bildet. Das hintere Pitotsche Rohr 24 entspricht in seinem Aufbau im allgemeinen dem vorderen. Es hat ebenfalls einen außerhalb der Gehäusewand 25 liegenden hohlen Kopf 31 und besteht aus einem Stück mit dem Schaft 27. Letzterer weist einen Längskanal 32 auf, welcher eine Verbindung zwischen dem Innenraum des Kopfes 31 und einem seitlichen Staukanal 33 (F i g. 5) bildet.
  • Wie schematisch in der F i g. 6 dargestellt ist, liegt der Schaft 26 des ersten Rohres vor dem Eingang zwischen einem Paar der ersten Leitschaufeln 21, wobei der Staukanal 30 in Richtung der aus den Schaufeln 18 der ersten Turbinenstufe ausströmenden Flüssigkeit gerichtet ist, während der Schaft 27 des zweiten Pitotschen Rohres hinter dem Ausgang zwischen einem anderen Paar der ersten Leitschaufeln 21 liegt. Durch diese in Umfangsrichtung versetzte Anordnung der Pitotschen Rohre ist die Messung im zweiten von der durch das erste gegebenenfalls bewirkten Störung der Strömung unabhängig.
  • Der durch das vordere Pitotsche Rohr 23 gemessene Druck ist immer höher als der durch das hintere Rohr 24 gemessene Druck. Wie in den F i g. 5 und 6 gezeigt, liegen die Staukanäle 30 und 33 in verschiedenen Winkeln in dem gegebenen Querschnitt der Schäfte 26,27. Diese Winkel können für einen bestimmten Wandler leicht durch Versuch festgelegt werden. Die Winkelwerte werden so gewählt, daß der Differentialdruck, welcher durch die von den Pitotschen Rohren 23, 24 übertragenen Drücke hervorgerufen wird, eine lineare Funktion des Abgabedrehmoments des Wandlers 15 ist, wie dies in der F i g. 7 gezeigt ist.
  • Die Pitotschen Rohre 23, 24 können am ersten Leitschaufelkranz 21 oder auch am zweiten Leitschaufelkranz 22 angeordnet sein, wenn dies konstruktiv günstiger ist.
  • Zur Auswertung der von den Pitotschen Rohren 23, 24 übertragenen Drücke wird eine in der F i g. 2 dargestellte Meßeinrichtung 34 verwendet. Diese Einrichtung weist ein Gehäuse 35 auf, welches an einer Konsole 36 am Wandlergehäuse 14 befestigt ist. Der Boden des Gehäuses 35 ist eine Platte 37, und eine Wand 38 teilt den Innenraum des Gehäuses 35 in zwei Kammern 39 und 40, die über einen Kanal 41 in der Wand 38 in dauernder Verbindung stehen, so daß die gegen die unteren Seiten der Membranen 42, 43 an den oberen Enden der Kammern wirksamen Drücke in beiden Kammern immer gleich sind.
  • Die Membranen 42, 43 sind an den oberen Stimkanten des Gehäuses 35 mit Hilfe eines Deckels 45 abdichtend befestigt. Der Deckel 45 ist so ausgebildet, daß Kammern 46, 47 an der Oberseite der Meinbranen 42, 43 gebildet werden, zwischen denen durch einen Kanal 48 im Deckel 45 ein Druckausgleich erfolgt. Die Kammer 40 steht über einen Kanal 49 in der Wand des Gehäuses 35 und über ein Verbindungsrohr 50 mit dem hohlen Kopf 31 des hinteren Pitotschen Rohres 24 in Verbindung, während die Kammer 47 über einen Kanal 51 im Deckel 45 und ein Verbindungsrohr 52 mit dem hohlen Kopf 28 des vorderen Pitotschen Rohres 23 in Verbindung steht.
  • Die Membranen 42, 43 werden gegen den Differenzdruck einstellbar vorbelastet. Dazu ist für die Membrane 42 in dem unteren Teil der Kammer 39 ein Kolben 53 vorgesehen, der sich gegen das untere Ende einer Schraubenfeder 54 abstützt, deren oberes Ende an einem Federteller 55 liegt, der mittels einer Gegenschale 56 und einer Kopfschraube 57 an der Membrane 42 befestigt ist. Der Kopf 58 der Schraube 57 dient als elektrischer Kontakt, der bei entsprechender Stellung der Membrane in Eingriff mit einem Gegenkontakt 59 gelangt, welcher durch den Kopf einer Schraube 60 gebildet wird. Die Schraube 60 erstreckt sich durch eine Isolierhülse 61 durch den Deckel 45 nach oben.
  • Für die Membrane 43 ist in gleicher Anordnung ein Kolben 62, eine Schraubenfeder 63 ' ein Federteller 64, eine Gegenschale 65 und eine Schraube 66 mit Kontaktkopf 67 vorgesehen. Der Kontaktkopf 67 gelangt in Eingriff mit einem Kontakt 68 an einer Schraube 69, die sich durch ein Isolierrohr 70 und den Deckel nach oben erstreckt.
  • Wenn sich das Abgabedrehmoment des Wandlers 15 ändert, so ändert sich sowohl der Druck in den Kammern46,47 als auch der Druck in den Kammein 39, 40. Die Stellung der Kolben 53 bzw. 62 und damit die Spannung der Federn 54, 63 erfolgt durch Stellschrauben 71 und 72 in der Bodenplatte 37. Die Feder 63 wird dabei stärker vorgespannt als die Feder 54. Die Vorspannungsdifferenz ist so gewählt, daß in der Richtung des größer werdenden Drehmoments und infolgedessen des höheren Druckdifferentials zwischen den Kammern 46, 47 und den Kammern 39, 40 die Kontakte 58, 59 sich vor den Kontakten 67, 68 schließen, während in der Richtung des abnehmenden Drehmoments infolge der höheren Belastung der Feder 63 die Kontakte 67 und 68 sich vor den Kontakten 58 und 59 berühren. Durch die mit den Kontaktschrauben 60 bzw. 69 verbundenen Drähte 83, 87 werden Stellimpulse an eine das Antriebsdrehmoment beeinflussende Steuereinrichtung gegeben.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Begrenzen des Drehmomentes in hydrodynamischen Wandlern mit toroidalem Strömungskreislauf, in dem eine mit einer Antriebsmaschine, beispielsweise Verbrennungsmotor, verbundene Pumpe, eine Turbine und ein in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Turbine liegendes Leitrad und ein erstes und ein zweites Pitotsches Rohr angeordnet sind, wobei das erste Pitotsche Rohr im Bereich des Einlasses in das Leitrad liegt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß das zweite Pitotsche Rohr (24) im Bereich des Auslasses aus dem Leitrad (21) derart angeordnet ist, daß beide Pitotsche Rohre (23, 24) dem statischen Druck und das erste Pitotsche Rohr (23) zusätzlich wenigstens einer Komponente des Strömungsdruckes der aus der Turbine (16) strömenden Flüssigkeit ausgesetzt ist, während das zweite Pitotsche Rohr (24) der aus dem Leitrad (21) abfließenden Strömung in einem Bereich zwischen Null und einem Wert unter dem Druck im ersten Pitotschen Rohr (23) derart ausgesetzt ist, daß das Verhältnis zwischen übertragenem Drehmoment und der zwischen beiden Pitotschen Rohren bestehenden Druckdifferenz sich linear verhält und daß eine Abtastvorrichtung mit einem gleich großen, mit den vom ersten bzw. zweiten Pitotschen Rohr (23, 24) übertragenen Drücken beaufschlagte Flächen aufweisenden Stellglied (42, 43) in Verbindung mit einer Vorrichtung vorgesehen ist, die in Abhängigkeit des von dem Pitotschen, Rohren (23, 24) übertragenen Differenzdruckes die Antriebsmaschine im Sinn einer entsprechenden Änderung des der Pumpe zugeführten Drehmomentes beeinflußt.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder Membranen (42, 43) sind, die zwischen Kammern (39, 46 bzw. 40, 47) liegen und auf gegenüberliegenden Seiten mit dem Druck aus dem ersten bzw. dem zweiten Pitotschen Rohr (23, 24) in Verbindung stehen. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen bei ihrer Bewegung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz elektrische Kontakte betätigen, welche die das Antriebsdrehmoment beeinflussende Vorrichtung steuern. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Membranen (42, 43) vorgesehen sind, deren Beaufschlagungskammern (39, 40 bzw. 46, 47) durch Leitungen (41, 48) verbunden sind und in den Kammern (39, 40) auf einer Seite der Membranen Federn (54, 63) verstellbar angeordnet sind, welche die Meinbranen in einer Richtung vorspannen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 439 096, 636 922, 882 163, 1072 856; USA.-Patentschriften Nr. 2 924 941, 2 933 236.
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