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Kapselpumpe, insbesondere für Flüssigkeitsgetriebe für Kraftfahrzeuge.
Die Erfindung bezieht sich auf hydraulische Kapselwerke und insbesondere auf Flüssigkeitswechselgetriebe
für Automobile u. dgl. Es ist bei solchen Kapselpumpen bereits bekannt, die voluinetrische
Leistung zu regeln. Bei vorliegender Erfindung soll diese Regelung nun :durch Regelung
der Größe der Arbeitsflächen der Schaufeln erreicht werden. Zu diesem Zweck soll
der Teil der Pumpe, in dem die Schaufeln angeordnet sind, mit radial verstellbaren
Elementen, z. B. einstellbaren Kolben, ausgerüstet werden, die gegen ebenfalls verstellbare
Widerlager dichten. Letztere sind im anderen Teil der Pumpe angeordnet.
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Mit einer solchen Anordnung wird gegenüber den bekannten Kapselwerken
mit regelbarem Fassungsvermögen in der Hauptsache der ganz bedeutende Vorteil erreicht,
diaß in allen Fällen nur eine nützliche Pumpenwirkung, nicht jedoch wie bei den
bekannten Pumpen ein vollkommen nutzloser Umlauf der Flüssigkeit in der Pumpe herbeigeführt
@@ ird. Vorteilhaft werden zwei Kapselpumpen benutzt, von denen die eine als Generator,
die andere als Motor arbeitet. Eine dieser Pumpen wird dann in der oben angegebenen
Weise ausgebildet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Flüssigkeitsgetriebes
dargestellt, bei dem Pumpe und Motor von dem treibenden Teil getragen und an einem
feststehenden bzw. dem getriebenen Teil angreifen. Es zeigt: Abb. i einen achsialen
Längsschnitt, Abb. Z einen Querschnitt nach' der Linie A-B in Abb. i, Abb.3 einen
Querschnitt nach der Linie C-D in Abb. i, Abb. q. und 5 ebenfalls Schnitte nach
der Linie C-D in Abb. i, jedoch mit verschiedenen Stellungen der einzelnen Teile.
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Auf der Zeichnung bezeichnet i die mit einer beliebigen Kraftmaischine
verbundene treibende Welle, mit welcher ein äußeres, an allen Seilten dicht geschlossenes-
Gehäuse 2 fest verbunden ist. In diesem Gehäuse ist
ein Teil 3 befestigt,
welcher den treibenden Rotor der Vorrichtung bildet und in welchem einerseits die
Arbeitsflächen .4, 5 bzw. 6, 7 und andererseits -die Widerlager 8, 9 bzw. io, i
i (Abb. 2 und 3) der beiden im vorliegenden Ausführungsbeispiel zweipolig ausgeführten
Kapselwerke ausgebildet sind. Im Gehäuse 2 ist ferner die mit der Kardanwelle des
Fahrzeuges verbundene getriebene Welle 12 drehbar gelagert, auf welcher der getriebene
Rotor 13 festgekeilt ist, der nebst dem treibenden Rotor 3 das bei normalem Betrieb,
d. h. im vorliegenden Fall beim Vorwärtsgang, als Generator arbeitende Kapselwerk
bildet. In dein getriebenen Rotor 13 sind zwölf paarweise verteilte, radial verschiebbare
Kolben oder Schaufeln 1:4 angeordnet, die vermittels Rollen 15, die auf in den Schaufeln
1d. angebrachten Achsen oder Zapfen 16 angeordnet sind, von im rotierenden Gehäuse
2 bzw. .im treibenden Rotor 3 ausgebildeten Kurvennuten 17, 18 in der Weise geführt
werden, daß sie, wenn sie die Arbeitsflächen d. und 5 erreichen, gegen diese dichten
und, wenn sie die W iderlager 8 und 9 erreichen, einwärts gegen die Rotormitte geführt
werden, so daß sie an den Widerlagern frei vorbeigehen. Die Kolben oder Schaufeln
14 stehen hierbei unter der Einwirkung von im Rotor 3 angeordneten Federn i g, wodurch
die Rollen 15 mittels der Zapfen 16 gegen die äußeren Begrenzungsflächen der Kurvennuten
17, 18 sicher anliegen und somit eine wirksame Dichtung zwischen den Schaufeln 14
und den Arbeitslagen q., 5 herbeigeführt wird. Die Dichtung an den Widerlagern 8
und 9, welche in bekannter Weise Schei@dewände zwischen den Druck- und Saugräumen
der Pumpe bilden, wird von dem) getriebenen Rotorkörper 13 direkt herbeigeführt.
Die Arbeitsfläche der Schaufeln 1q., d. h. die eine Pumpwirkung derselben herbeiführende
wirksame Druckfläche, die bei dem oben beschriebenen, als Generator wirkenden Teil
des Pumpwerkes offenbar unveränderlich ist, j kann durch den radialen Abstand zwischen
den zylindrischen Führungsflächen der Widerlager 8, 9 und den ebenfalls, zylindrischen
Führungsflächen der Arbeitslagen 4, 5
oder, :nit Wideren Worten, durch den
Unterschied zwischen den Halbmessern des Rotorkörpers 13 und der Arbeitsflächen
d., 5, vergegenwärtigt angesehen werden. Wird der erwähnte radiale Abstand verändert,
so wird offenbar auch die wirksame Druckfläche der Schaufeln 14 und somit auch die
voluineirische Leistung der Pumpe verändert, und zwar unter der Voraussetzung, daß
die Drehzahl unverändert bleibt. Eine Art, in der eine derartige Regelung der Leistung
erfolgen kann, besteht nun, wie erwähnt, darin, .daß derjenige Teil der Pumpe, in
dem die Schaufeln angeordnet sind, mit radial verstellbaren Elementen oder Gegenkolben
versehen ist die gegen im anderen Pumpenteil gleichfalls radial verstellbare Widerlage-r
dichten. In dieser Weise ist das in Abb. i und 3 gezeigte, normal als Motor arbeitende
Kapselwert. ausgeführt.
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Dieses Kapselwerk besteht teils aus dem mit dein Generator (Abb. i
und 2) gemeinsamen treibenden Rotor 3, in dein radial verstellbare Wider lager i
o, i i angeordnet sind, teils aus dem normal feststehenden zylindrischen Körper
2o, in welchem teils zwölf paarweise verteilte, radial verschiebbare Arbeitsschaufeln
21, wie beim Generator, teils vierundzwanzig paarweise verteilte Gegenkolben 22
angeordnet sind, welche in radialer Richtung einstellbar :sind und gegen die Widerlager
io, i i dichten. Die Arbeitsschaufeln 21 werden, wie beim Generator, mittels Rollen
23 in Kurvennuten 24 geführt, die in dein treibenden Rotor 3 angeordnet sind, so
daß die Schaufeln an den Widerlagern i o, ii frei vorbeigehen, aber gegen die Arbeitsflächen
6, 7 dichten, was dadurch erleichtert wird, daß die Schaufeln durch Federn 2: beeinflußt
werden. Die Einstellung der Gegenkolben 22 erfolgt durch .im Statorkörper 2o angeordnete
achisial verstellbare Schieber 26, welche mit zur Achsenrichtung, d,. h. zur Verschiebungsrichtung
geneigten Führungsrippen 27 versehen sind, die in Nuten eingreifen, welche in Vorsprüngen
28 der Gegenkolben 22 angeordnet sind. Durch Verstellung der Schieber 26 in der
einen oder anderen Richtung wird somit eine Verschiebung der Gegenkolben 22 in radialer
Richtung nach oder von der Mitte des Stators 2o herbeigeführt. Die Einstellung der
Widerlager io, ii erfolgt in einer ähnlichen Weise, indem im treibenden Rotor 3
Schieber 29 angeordnet sind, welche in achsialer Richtung verstellbar und mit zur
Verschiebungsrichtung geneigten Rippen 30 versehen sind, die in Nuten der
Widerlager io, i i eingreifen. Die Neigung der Rippen 27 und 30 soll dieselbe
sein so daß, wenn die Schieber 26 und 29 gleichzeitig und mit derselben Geschwindigkeit
verschoben werden, die Dichtung zwischen den Gegenkotten 22 und den Widerlagern
io, il aufrechterhalten wird. Die erwähnten Schieber 26 und 29 können aber unabhängig
voneinander verschoben werden, und zwar zum unten näher angegebenen Zweck. Wie aus
Abb.3 hervorgeht, bestehen die Widerlager io, i i aus je zwei Teilen, zum Zweck,
bei verschiedenen Einstellungen der erwähnten Teile, deren gegen die Kolben 22 anliegende
Führungsfläche offenbar einen unveränderlichen Krümmungshalbmesser besitzt, eine
wirksame
Dichtung zwischen der -erwähnten Fläche und den Gegenkolben 22 zu gewährleisten.
Ferner ist der Abstand zwischen zwei aufeinan.derfolgenden Gegenkolben in Bezug
auf die Ausdehnung der Widerlager in der Umfangsrichtung derart zu wählen, claß
stets wenigstens ein Gegenkolben sich in dichtender Berührung mit ein und demselben
Widerlager befindet. Der Statorkörper 2o ist am einen Ende einer im Verhältnis zur
getriebenen Welle 12 drehbaren Hülse 31 festgekeilt, an deren anderem Ende ein Bremsrad
32 befestigt ist, durch welches die Hülse 31 und damit der Stator 2o festgebremst
werden können. Die Dichtung zwischen der Welle 12 und der Hülse 31 wird durch an
den Enden der Hülse angebrachte Büchsen 34 und 35 bewirkt. Auf der erwähnten Hülse
31 ist eine Hülse 36 verschiebbar und drehbar angebracht, an deren innerem Ende
ein Ringflansch 37 befestigt .ist, um, den drei Ringe oder Scheiben 38, 39, 4o drehbar
angebracht sind, mit denen die im Statorkörper 2o verschiebbaren Schieber 26 fest
verbunden sind. Am äußeren Ende der Hülse 36 ist ein Teil -1i einer nicht näher
gezeigten Steuervorrichtung befestigt, durch welche die Hülse 36 und d.ainit die
Schieber 26 zur Regelung der radialen Lage der Gegenkolben 22 im Statorkörper 2o
in achsialer Richtung verschoben werden können. Die Dichtung z@@-ischen den Hülsen
31 und 36 wird durch an den Enden .der Hülse 36 angebrachte Büchsen 42 und 43 bewirkt.
Auf der Hülse 36 ist ferner eine Hülse 44 verschiebbar angebracht, -welche in einer
am Deckel 45 des Gehäuses 2 ausgebildeten Nabe 46 geführt wird und sich mit dem
Deckel 45 dreht, an welcher Drehung auch die Hülse 36 teilninmit. Am inneren Ende
der Hülse 44 ist eine Nabe 47 eines Armsystems 48 befestigt, mit welchem die Regelschieber
29 fest verbunden sind, während am äußeren Ende der Hülse 44 ein Teil 49 einer nicht
näher gezeigten Steuervorrichtung angebracht ist, durch welche die Hülse
44 nebst den Schiehern 29 zur Regelung der radialen Lage der Widerlager io,
i i im treibenden Rotor 3 iii achsialer Richtung verschoben `-erden kann. Das Armsysteme
48 mit den Schiebern 29 ist hierbei auch durch Federn 5o beeinflußt, welche um Zapfen
51 im Deckel 45 angebracht sind, so daß normal die Nabe 47 gegen den Ringflansch
37 am inneren Ende der Hülse 36 angedrückt gehalten wird. Es wird hierdurch bewirkt,
daß bei der Verschiebung der Hülse 36 mit den Schiebern 26 die Hülse- 44. mit dem
Armsystem 48 und den Schiebern 29 an dieser Bewegung selbsttätig teilnehmen werden,
so daß die Einstellung der Gegen-1<nlheii 22 und der Widerlager io, i
i gleich zeitig und mit .derselben Geschwindigkeit erfolgt, wodurch jede Undichtheit
zwischen diesen Teilen vermieden wird. Die Gegenkolben 22 und die Widerlager io,
ii können aber, wie erwähnt, auch unabhängig voneinander verschoben werden.
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In der Nabe 46 des, Deckels 45 ist in an sich bekannter Weise ein
init einem federbelasteten Kugelventil 52 versehener Kanal 53 vorhanden, durch «-elchen
etwa austretendes Druckinediuin zum vorläufigen Saugraum der Pumpe selbsttätig zurückgeführt
wird. Im Gehäuse 2 ist ferner ein in Verbindung mit dein Saugraum der Pumpe stehender
Raune 54 angeordnet, in dem das Druckmedium durch die Wirkung der Fliehkraft abgesondert
und von Luft befreit wird. Mit der getriebenen Welle 12 ist endlich ein Bremsrad
55 verbunden, durch welches Schnellbremsung erfolgen kann.
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Die Wirkung der beschriebenen Vorrichtung ist die folgende: Wird vorerst
angenommen daß d;ie Widerlager io, i i und die Gegenkolben 22 des Motors 3, 2o durch
Verinittelung der verschiebbaren Hülsen 44 und 36 und der Schieber 29, 26 in der
Weise eingestellt worden sind, daß die wirksame Druckfläche der Schaufeln 21 derjenigen
der Generatorschaufeln 14 gleich groß wird, so ;ist es klar, daß, wenn das Gehäuse
2 mit dem treibenden Rotor 3 in Drehung versetzt wird, das vom Generator 3, 13 in
Bewegung versetzte Druckmedium, welches vom Druckraum des Generators unmittelbar
nach dem Druckraum des Motors 3, 2o strömt, vom Motor gänzlich aufgenommen wird,
von wo es vom Saugraum des Motors nach dem Saugraum das Generators zurückgeführt
wird. In diesem Fall wird somit nur ein Kreislauf des Druckmediums zwischen den
beiden Kapsehverken 3, 13 und 3, 2o herbeigeführt, und der Rotor 13 mit der Welle
12 bleibt stillstehen. Diese Einstelluna der Widerlager io il und der Gegenkolben
22, bei der offenbar die volumetrische Leistung des Generators derjenigen des Motors
gleich ist; vergegenwärtigt somit Freilauf.
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Werden hiernach die Hülsen 36 und 44 nebst den Schiebern 26 und 29
in der Richtung von links nach rechts in der Abb. i verschoben, so werden offenbar
infolge der Neigungsrichtung der Führungsrippen 27, 3o die Gegenkolben 22 und die
Widerlager i o, i i nach außen vom Drehmittelpunkt verschoben. Der radiale Abstand
zwischen den Führungsflächen der Widerlager und der Arbeitslagen 6, 7 wird somit
vermindert, und demzufolge wird auch die wirksame Druckfläche der Arbeitsschaufeln
21 und damit offenbar auch .die i volurnetrische Leistung des Motors, 3, 20 verinindert.
Der Motor 3, 20 ist somit nicht ein.
Stande, .die vom Generator
3, 13 gelieferte Flüssigkeitsmenge aufzunehmen, was zur Folge hat, daß der Rotor
13 mit der Welle 12 in der Drehung des treibenden Rotors 3 mit einer Geschwindigkeit
mitgenommen wird, die von dem Unterschied der volumetrischen Leistung des Generators
und der des Motors abhängig ist. Werden z. B. die Gegenkolben und die Widerlager
derart eingestellt, daß die volumetrische Leistung des Motors gleich der Hälfte
der des Generators wird, sc wird offenbar das Übersetzungsverhältnis zwischen den
Wellen 12 und i gleich i : 2. Durch Einstellung der Widerlager io, ii und der Gegenkolben
22 kann somit das Übersetzungsverhältnis zwischen den Wellen i und 12 beliebig verändert
werden. Werden z. B. die erwähnten Organe in der Weise eingestellt, daß der radiale
Abstand zwischen den Führungsflächen der Widerlager und der Arbeitslagen gleich
Null wird, so wird offenbar auch die volurnetrische Leistung des Motors 3, 20 gleich
Null, und der Rotor 13 mit der Welle 12 wird mit derselben Geschwindigkeit wie dass
Gehäuse 2 und die treibende Welle i getrieben. Diese Stellung bedeutet direkte Kupplung,
und der Stator 2o mit der Hülse 36 soll hierbei zweckmäßig freigegeben werden, was
durch Losmachen des Bremsrades 32 erfolgt. Wenn andererseits die Wid erlager io,
ii und die Gegenkolben 22 in der Weise eingestellt werden, daß die volumetrische
Leistung des Motors 3, 20 größer wird als die des Generators 3, 13, so wird offenbar
der Motor 3, 2o Druckmittel in den Generator pumpen und somit selbst als Generator
wirken, was zur Folge hat, d'aß die Drehrichtung des Rotors 13 und der Welle 12
derjenigen der Welle i mit dem Gehäuse 2 und dein treibenden Rotor 3 entgegengesetzt
gerichtet sein wird. Diese Lage bedeutet daher Rückwärtsgang. Es ist zu bemerken,
daß gemäß dem Prinzip, nach welchem die gezeigte Vorrichtung wirkt, dem sog. Differentialprinzip,
nur derjenige Teil der überführten Leistung, der dein Geschwindigkeitsunterschied
zwischen der treibenden und der getriebenen Welle i bzw. 12 entspricht, durch Pumpwirkung
zwischen dem Generator und dem Motor überführt wird, während der übrige Teil der
Leistung durch den Flüssigkeitsdruck zwischen dem treibenden und dem getriebenen
Rotor 3 bzw. 13 direkt überführt wird. Bei direkter Kupplung, welche hai z. B. einem
Kraftfahrzeug die am häufigsten vorkominende ist, wird die ganze Leistung durch
den Flüssigkeitsdruck zwischen den erwähnten Teilen ohne Pumpwirkung überführt.
Wünscht man bei einem beliebigen Übersetzungsverhältnis Freilauf unmittelbar herbeizuführen,
kann dies durch die Einstellung der Widerlager io, ii unabhängig von den Gegenkolben
z2 erfolgen (Abb. i), so daß ein Spielraum zwischen den erwähnten Teilen entsteht,
wodurch offenbar die Druck- und Saugräume des Generators miteinander direkt verbunden
werden.
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Durch die beschriebene Vorrichtung ist es somit möglich, durch bloße
Einstellung der Widerlager io, ii und der Gegenkolben 22 Freilauf, beliebige Übersetzungsstufen,
direkte Kupplung und Rückwärtsgang herbeizuführen, ohne verwickelte Kanalanordnungen
mit zugehörigen Ventilvorrichtungen nebst Einstellvorrichtungen für diese zu verwenden,
durch welche außerdem verlustbringende Drosselerscheinungen verursacht werden. Bei
der Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung stehen die Druck- und Saugräume der
beiden Kapselwerke 3, 1- bzw. 3, 2o miteinander in direkter Verbindung. Es ist klar,
.daß die volumetrische Leistung der Pumpe auch dadurch verändert werden kann, daß
die Breite der wirksamen Druckfläche .der Arbeitsschaufeln regelbar gemacht wird.