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Flüssigkeitswechsel- und -wendegetriebe. Zur Übertragung der Arbeitsleistung
einer Kraftmaschine durch eine von dieser angetriebene Kreiselpumpe (Zentrifugalpumpe)
auf Turbinenräder einer in gleicher Achsenrichtung liegenden Welle in mehreren einstellbaren
übersetzungsverhä ltnissen für den Vorwärtsgang und zur Umkehrung der Drehrichtung
der getriebenen Welle hat man bereits versucht, die gewünschten Änderungen in der
Kraftübertragung durch Drosseln der Auslaßöffnungen der Antriebskreiselpumpe oder
durch teilweise gleichzeitige Beaufschlagung von Vor- und Rückwärtsschaufelkränzen.
oder auch durch mechanische Bremswirkung zu erzielen. Es sind auch Einrichtungen
bekannt geworden, bei denen . ein Schaufelkranz mit unbeweglichen Schaufeln einmal
für den Vorwärtsgang als angetriebener Kranz und andermal für den Rückwärtsgang
als feststehender Lmkehrschaufelkranz arbeiten soll.
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Bei allen diesen bekannten Einrichtungen erfolgt der Geschwindigkeitswechsel
zum größten Teil auf Kosten der in das Getriebe eingeleiteten Arbeitsleistung.
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Die Nachteile der bekannt gewordenen Flüssigkeitsgetriebe dieser Art
werden bei dem Flüssigkeitswechsel- und -wendegetriebe nach der Erfindung, bei dem
die Antriebskreiselpumpe und das anzutreibende umlaufende Gehäuse gegenseitig achsial
verschiebbar angeordnet sind, dadurch beseitigt, daß außer dem Schaufelkranz für
den Rückwärtsgang im Übersetzungsverhältnis unter sich abgestufte Schaufelkränze
für den Vorwärtsgang an dem Gehäuse vorgesehen sind, und daß beim Verschieben der
Antriebskreiselpumpe über die höchsteTurbinenübersetzungsstufe hinaus die treibende
Welle mit dem anzutreibenden Gehäuse unmittelbar gekuppelt wird.
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Die mit dem Gehäuse umlaufende Treibflüssigkeit wird von einer zur
Aufhebung des Achsialschubes mnit doppeltem Eintritt versehenen Antriebskreiselpumpe
derart in Bewegung gesetzt, daß ein doppelter Kreislauf entsteht, dessen Flüssigkeitsfäden
sich nur in den kraftübertragenden Schaufelkränzen vereinigen. Nach dem Verlassen,
der jeweils angetriebenen Schaufelkranzgruppe verbreiten sich die Flüssigkeitsfäden
nach zwei Seiten in achsialer Richtung und fließen mit stark verminderter Rücklaufgeschwindigkeit
und entsprechend verringertenStrömungsverlusten zur Antriebskreiselpumpe zurück,
in der sie sich erneut vereinigen.
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Zur Erzielung praktisch brauchbarer Wirkungsgrade sind die zur Erzeugung
stark gesteigerter Drehmomente der getriebenen Welle in Betracht kommenden Turbinengänge
zwei-oder mehrstufig ausgebildet. Zwischen den anzutreibenden Schaufelkränzen dieser
Turbinengänge -sind ausschaltbare Leitschaufelkränze angeordnet, die entweder drehbar
gelagert oder achsial verschiebbar oder .fest
sein können- und die
je nach Wahl einer dieser Anordnungen durch. Lösen ihrer Feststellvorrichtung, durch
achsiales Verschieben des Leitkranzes in eine abgedeckte Stellung hinein, oder durch
achsiales Verschieben einer Abdeckung ausgeschaltet und wirkungslos gemacht werden
können.
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Die achsiale Verschiebung der auf einer Hohlwelle befestigten Antriebskreiselpumpe
von einer anzutreibenden Schäufelkranzgruppe zu einer anderen anzutreibenden Kranzgruppe
und die Herstellung der unmittelbaren Verbindung der treibenden Welle mit dem anzutreibenden
Gehäuse erfolgt durch achsiale Verschiebung dieser Hohlwelle auf der treibenden
Welle. Eine andere Ausführungsform mit achsial unverschiebbarer Antriebskreiselpumpe
und mit achsial verschiebbarem Gehäuse ist auch möglich. Bei achsial verschiebbarer
Antriebskreiselpumpe ist die mit dieser fest verbundene Hohlwelle in einem gegen
Verdrehung geführten Mitnehmerkopf drehbar gelagert, der von dem Schalthebel je
nach Wahl des zu schaltenden Ganges achsial hin und her bewegt wird. Durch Anordnung
von Rasten an dem Schalthebel oder an einem anderen Teile der Schalteinrichtung
ist in jedem Turbinengang die genaue Gegenüberstellung der Antriebskreiselpumpe
und damit die stets volle Beaufschlagung des einen oder des anderen anzutreibenden
Schaufelkranzes bzw. Sehaufelkranzgruppe sichergestellt.
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Bei der achsialeni Verschiebung der Antriebskreiselpumpe über die
höchste Turbinenübersetzungsstufe hinweg wird die unmittelbare Kraftübertragung
durch eine im Innern des umlaufenden Gehäuses zwischen treibender.Welle und dem
anzutreibenden Gehäuse liegenden Kupplung in an sich bekannter Weise hergestellt.
Diese Kupplung kann entweder eine Bandkupplung, eine Konuskupplung, eine Lamellenkupplung
oder eine andere geeignete Reibungskupplung sein.
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Durch die Anordnung an den Stirnseiten des umlaufenden Gehäuses achsial
ausgebauter Räume zur Aufnahme eines Teiles der Treibflüssigkeit läßt sich erreichen,
daß die Flüssigkeitsoberfläche bei ruhendem Getriebe unterhalb der Welleneinführungen
in das Gehäuse liegt.
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In den Zeichnungen ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
unter Verwendung drehbarer Leitschaufelkränze und eine solche für Anwendung achsial
verschiebbarer Leitschaufelkränze dargestellt.
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Abb. i ist ein Längsschnitt durch ein Getriebe mit drehbaren Leitschaufelkränzen.
Abb.2 zeigt eine der beiden zur Ein- und Ausschaltung der Leitschaufelkränze vorgesehenen
Reibungskupplungen und: die Schalt-Nebelanordnung. Aus Abb. 3 ist eine hier beispielsweise
im Schalthebelwerk liegende federnde Übertragung des Schalthebeldruckes ersichtlich.
Die Abb. ,4, 5 und 6 sind Querschnitte durch Schaufelkränze der Ausführung nach
Abb. i. Die Abb. d. gilt -für Rückwärtsgang und Leerlauf, Abb. 5 für größte übersetzung
ins Langsame, Abb. 6 für eine kleinere Übersetzung.
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" Abb. 7 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform, bei
der beispielsweise ein Leitschaufelkranz für die größte Übersetzung durch achsiale
Verschiebung desselben ein-und ausgeschaltet wird, während der Leitschaufelkranz
für den Rückwärtsgang drehbar angeordnet ist. Die Abb. 8 und 9 dienen zur Erklärung
der selbsttätigen Ein- und Ausschaltung des achsial verschiebbaren Leitschaufelkranzes
der Ausführung nach Abb. 7. Die Abb. io zeigt schematisch die Ausführung des umlaufenden
Gehäuses für nur teilweise Füllung zur Vermeidung von Abdichtungen an den Einführungen
der Wellen in das Gehäuse.
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Auf der antreibenden, mit der Kraftmaschine verbundenen Welle i ist
eine lange Hohlwelle :2 durch den Schalthebel 3 (Abb. 2) achsial verschiebbar gelagert,
die durch Nut und Feder q. (Abb. i) mit der Welle i gekuppelt ist. Mit der Hohlwelle
2 ist das Antriebskreiselpumpenrad 5 fest verbunden. In der Nabe des Pumpenrades
ist eine Rolle 6 drehbar gelagert, die zur Bewegung des Arms 7 einer Federbandreibungskupplung
für den unmittelbaren Gang dient. Mit der Welle i durch Keil 8 fest verbunden ist
das Kupplungsgehäuse 9, in dem der Arm 7 drehbar gelagert ist, der bei seiner Bewegung
durch die gegen eine schräge Fläche io an seinem inneren Ende das Anspannen des
Kupplungsbandes ii gegen die Innenwandung des umlaufenden Gehäuses 12 und dadurch
die unmittelbare Kupplung der antreibenden Welle i mit dem Gehäuse z2 bewirkt, das
mit der anzutreibenden Welle fest verbunden ist. Das Gehäuse i2 ist bei
13 und 14 leicht drehbar gelagert. In der hohlen Gehäusenabe 15 kann sich
die Hohlwelle 16 drehen, mit der einerseits die durch einen festen Arm 18
gegen achsiale Verschiebung gesicherte Reibungskupplungsscheibe 17 und anderseits
durch eine durchbrochene Haube i9 der aus- und einschaltbare Leitschaufelkranz 2o
fest verbunden sind. Zwischen der Hohlwelle 16 und der achsial verschiebbaren Hohlwelle
:2 kann sich die Hohlwelle 21 drehen, die einerseits wieder eine durch einen festen
Arm 22 gegen achsiale Verschiebung gesicherte Kupplungsscheibe 23 und anderseits
ebenfalls durch eine durchbrochene Haube 24 verbunden, einen Leitschaufelkranz 25
trägt, der bei Rückwärtsgang
eingeschaltet, d.li. festgehalten wird
und der bei den @'orwiirtsgiingen und bei Leergang sich frei drehen kann. Mit dem
umlaufenden Gehäuse i2 fest verbunden sind weitere Turbinenschaufelkränze 26 (für
Rückwärtsgang), 27 und 28 (für größte Übersetzung) und 29 (für kleine Übersetzung).
Das Gehäuse 12 ist mit einer Kupplungsscheibe 3o für die Verbindung mit der anzutreibenden
Welle und mit einer Lagerung 3i für das hintere Ende der antreibenden Welle i versehen,
die durch die Lagerungen 1d., 15 und die dort liegenden Hohlwellen 16, 21 und 2
gestützt, eine weitere Lagerung 3z im festen Rahmen 33 und eine Kupplungsscheibe
34 für die Verbindung mit der Kraftmaschine besitzt.
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Jede der beiden Kupplungsscheiben 17 und 23 "wird von zwei
Bremsbacken (Abb. 2) umfaßt, die in bekannter Weise angeordnet, durch Drehen der
Welle 35 mit Arm 36 bzw. <furch Drehen der Welle 37 mit Arm 38 angezogen werden.
Die Arme 36 und 38 sind je durch eine auf Lösen der Kupplungen 17 und 23 wirkende
Feder 39 belastet und tragen an ihren inneren. Enden je eine Rolle 40, ,4r.
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Die beiden mit der achsial verschiebbaren Hohlwelle 2 fest verbundenen
Führungsarme .I2 und 43, die den Mitnehmerkopf 69 gegen Drehung sichern, sind mit
Auflaufflächen .1 .. . und 4.5 versehen, die bei entsprechender achsialer Verschiebung
der I-lolilwelle 2 und damit des Antriebspumpenrades 5 unter die Rollen d.o und
41 gelangen, die Arme 36 bzw. 38 anheben und die Kupplungen 17 bzw. 23 anziehen,
wodurch die mit den Kupplungsscheiben verbundenen Leitschaufelkränze festgehalten
werden. Die achsiale Verschiebung der Hohlwelle :2 erfolgt durch den Gabelarm 4.6,
der beim Legen des Schalthebels 3 von dessen unterem Arm d.7 durch die mit einer
gewissen Vorspannung zwischengeschalteten Federn 48 und 49 mitgenommen wird. Der
Schalthebel 3 wird in üblicher Weise in einem Rastensegment 5o in den einzelnen
Schaltstellungen festgehalten.
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In Abb. i ist das Antriebspumpenrad 5 in der Stellung für kleine Übersetzung
gezeichiiet. Wird der Schalthebel 3 weiter nach vorn gelegt, so verschiebt sich
die Hohlwelle :2 und damit die Rolle 6 weiter nach hinten, die gegen die schräge
Fläche io des Kupplungsarms 7 gerät, wodurch das Bremskupplungsband i i auseinandergespannt
und die unmittelbare Kupplung zwischen der Welle i und dem Gehäuse i2 mit Anschlußflansch
30 hergestellt wird. Mit Zunahme der Umdrehungszahl des Gehäuses 12 steigert
sich auch die Umlaufsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Gehäuse 12, die sich schließlich
unter gleichzeitiger selbsttätiger Ausschaltung der Pumpenwirkung mit der Winkelgeschwindigkeit
des Gehäuses vollständig ausgleicht. Zur Überwindung einer Steigerung des Drehwiderstandes
der anzutreibenden Welle wird das Pumpenrad 5 auf den Schaufelkranz 29 zurückgestellt
(Abb.6). Zur weiteren Verlangsamung der anzutreibenden Welle unter entsprechender
Steigerung des Drehmomentes derselben wird das Pumpenrad auf die Turbinenkränze
27, 20, 28 (Abb. 5) weiter zurückgestellt. Bei dieser Verschiebung der Hohlwelle
:2 gerät die Auflauffläche 44 unter die Rolle .4o des Arms 36, und die Kupplungsscheibe
17 wird festgehalten. Damit steht dann auch der Leitschaufelkranz 2o fest, der sich
his dahin mit der Winkelgeschwindigkeit der ihn umgebenden Flüssigkeit frei mitdrehen
konnte. Der zweistufige Turbinentrieb 5, 27, 2o; 28 läßt sich durch Verbindung eines
zweiten 28 umfassenden Leitschaufelkranzes mit der Haube i9 und Anordnung eines
dritten Turbinenkranzes, der den hinzugetretenen Leitschaufelkranz umfaßt, ohne
weiteres in einen dreistufigen Antrieb verändern. Der Leergang wird durch Verschieben
des Pumpenrades 5 nach vorn auf den Leitschaufelkranz 25 erreicht, der sich ohne
erheblichen Widerstand, von dem Pumpenrad angetrieben, frei dreht. Für den Leergang
kann aber auch durch Auseinanderrücken der Turbinenkränze 26 und 27, wie in Abb.
7 geschehen, eine neutrale Zone geschaffen werden, in der die aus dem Pumpenrad
austretende Flüssigkeit keinen: Widerstand findet. Zur Schaltung des Rückwärtsganges
wird die Hohlwelle achsial zweiter nach vorn geschoben. Dabei gerät die Auflauffläche
45 unter die Rolle -.i des Arms 38 unter gleichzeitiger Steigerung der Spannung
der Feder 48, wodurch die Kupplungsbacken der Reibungskupplung 23 angezogen und
der Leitschaufelkranz 25 festgehalten wird. Der Turbinent> 26 und damit auch das
Gehäuse 12 mit der damit verbundenen anzutreibenden Welle drehen sich dann in entgegengesetztem
Sinne (s. Abb:4). Für geringere Rückwärtsgeschwindigkeitenwerden zur Erzielung einer
zweistufigen Übertragung mit dem Umkehrschaufelkranz 25 ein den Turbinenkranz 26
umfassender Leitschaufelkranz und- mit dem Turbinenkranz 26 ein zweiter, den hin7utretenden
Leitkranz umfassender Turbinenkranz fest verbunden. Beire Legen des Schalthebels
3 aus dieser Stellung etwas nach vorn wird zunächst, der Leitschaufelkranz 25 wieder
freigegeben und der Leergang erzielt. Beim Anfahren kommt das Pumpenrad 5 dann zunächst
auf die Turbinenkränze -27, 20, 28, wobei der Kranz 2o wieder selbsttätig festgehalten
wird. Bei weiterer Verschiebung des Pumpenrades 5 auf Turbinenschaufelkranz 29 gibt
die Auflauffläche 44 den Arm 36 wieder
frei, der durch die Feder
39 unter gleichzeitigem Lösen der Kupplung 17 und Freigeben des Leitschaufelkranzes
2o zurückgezogen wird. Bei diesem Getriebe erfolgen sämtliche Übergänge ohne nennenswerte
achsiale Drücke und vollständig stoßfrei.
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Bei der Ausführungsform nach den Abb. 7, 8 und 9 sind zur Vereinfachung
der zeichnerischen Darstellung für die Herstellung der unmittelbaren Kupplung undl
zum Festhalten des Leitschaufelkranzes 25 für den Rückwärtsgang einfache Konuskupplungen
5 i und 52 angegeben. In den Abb. 7, 8 und 9 soll lediglich die selbsttätige Ein-
und Ausschaltung eines Leitschaufelkranzes 2o oder mehrerer Leitschaufelkränze durch
achsiale Verschiebung derselben gezeigt werden. Der nicht drehbare, sondern nach
Abb. 7 nur achsial verschiebbare Leitschaufellkranz 2o ist durch die durchbrochene
Haube ig mit der Hohlwelle 16 verbunden, die einem Bund 53 trägt, gegen den die
Feder 54 den Leitschaufelkranz 2o in die Abdeckungen 55 und 56 hineinzieht. Der
Bund 53 ist mit zwei Zapfen 57 versehen, über die ein Doppelhebel 58 greift, der
die Teile 53, 16, ig und 2o gleichzeitig gegen Drehung sichert. Der Doppelhebel
58 dreht sich um ,eine feste Achse 59 und ist durch ein Gestänge 6o einerseits mit
einer geführten Mitnehmerstange 61 und anderseits mit einem Doppelhebel 67, gekuppelt,
der sich um die feste Achse 63 dreht und mit einer zweiten geführten Mitnehmerstange
64 gekuppelt ist. Die Stangen 61 und 64 bewegen sich innerhalb des Hubes des achsial
verschiebbaren Leitschaufelkranzes 2o gegenläufig. Mit dem Führungsarm 42 des nur
achsial verschiebbaren Mitnehmerkopfes 69 für die sich mit Welle i mitdrehende und
achsial verschiebbare Hohlwelle 2 sind zwei Arme 65 und 66 (s. Abb. 8) fest verbunden,
die zur Lagerung der beiden federnden Mitnehmer 67 und 68 dienen. Die inneren Enden
der Mitnehmer 67 und 68 greifen in entsprechende Aussparungen der Mitnehmerstangen
61 und 64 ein und bewirken dadurch (las Einschalten des Leitschaufelkramzes 2o zur
rechten Zeit.
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Bei der achsialen Verschiebung des Mitnehmerkopfes 69 gleiten die
Bunde 70 und 71 der federnden Mitnehmer 67 und 68 auf Ausliebeschienen 72
und 73, die in ihren Aussparungen 74 und 75 das Einfedern der Mitnehmer gestatten
und dieselben auch , rechtzeitig ausheben. Die Verschiebung des Leitschaufelkranzes
2o spielt sich nun wie folgt ab. Das Pumpenrad 5 befindet sich zunächst, wie gezeichnet,
in Leergangstellung, in der keine Turbinenschaufeln beaufschlagt werden und in der
sich das Pumpenrad mit durch Drosselung der Speisung der Kraftmaschine verminderter
Geschwindigkeit und entsprechend geringem Drehwiderstand dreht. In dieser Stellung
befindet sich, wie aus Abb. 9 ersichtlich, der Mitnehmer 68 in der Rast der Mitnehmerstange
64. Zum Anfahren wird das Pumpenrad 5 nun auf die Turbinenkränze 27 und 28 (Stellung
I in Abb. 9) verschoben. Bei dieser achsialen Verschiebung der Hohlwelle 2 bewegt
sich mittels der Teile 69 (Abb. 7) 42, 66 und 68 (Abh. 8) die Mitnehmerstange 64
und durch den Doppelhebel 62, das Gestänge 6o und den Doppelhebel 58 (Abb. 7) der
Bund 53 in gleicher Richtung und mit gleichem Hube wie das Pumpenrad mit, wodurch
der Leitschaufelkranz 2o gegen den Druck der Feder 54 in seine Gebrauchsstellung
zwischen die Kränze 27 und 28 gerückt wird. Beim Weiterschalten des Pumpenrades
5 auf den Gang 2g wird der Mitnehmer 68 durch den am. Ende der Aussparung 75 auf
die Aushebeschiene 73 auflaufenden Bund 71 ausgehoben, und der Leitechaufelkranz
2o wird durch die Feder 54 wieder in seine Deckungsstellung nach vorn zurückgebracht.
Hierbei liegt die Begrenzung in einem Anschlag 76 für den Doppelhebel 58. Ist das
Pumpenrad 5 auf den Turbinenkranz 29 (Stellung II in Abb. 9) gerückt, so ist der
Mitnehmer 67 (Abb. 9), durch die Aussparung 74 freigegeben, in die Rast der Mitnehmerstange
61 gelangt. Beim Zurückstellen des Pumpenrades 5 von Gang II auf Gang I (Abb.9),
also von Kranz 29 auf die Kränze 27, 28 (Abb. 7) wird die Mitnehmerstange 61 von
dem Mitnehmer67 mit nach vorn (in der Zeichnung links) genommen, wodurch das damit
verbundene Gestänge 6o durch den Doppelhebel 58 den Leitschaufelkranz 2o wieder
in seine Gebrauchsstellung zwischen die Kränze 27 und 28 bringt. Bei dieser Verschiebung
von II auf I gleitet der Mitnehmer 68 zunächst mit seinem Bund-7i auf der Aushebeschieme
73. Nach dessen Freigabe durch die Aussparung 75 greift der Mitnehmer 68, auf Stellung
I angekommen, in die durch die gegenläufige Kupplung der beiden Mitnehmerstangen
61 und, 64 bei der Verschiebung von Gang II auf I, von. L (Leergang) nach I gekommene
Rast der Mitnehmerstange 64 ein. Wird die Schaltung von I auf Leergang gewechselt,
so rückt der Mitnehmer 67 am linken Ende der Aussparung 74 aus, und der Mitnehmer
68 kann die Stange 64 und mittels der Teile 62, 6o, 58, 57, 16 und i9 den Leitschaufelkranz
2o, . durch die Feder 54 unterstützt, wieder in seine Deckungsstellung bringen.
Wird das Pumpenrad 5 von Leergang auf R (Rückwärtsgang), also auf den Umkehrkranz
25 und den diesen umfassenden Rückwärtsturbinenkran2 26 gestellt, so hebt der Mitnehmer
68 am linken Ende der Aussparung
75 der Aushebeschiene 73 aus.
Der Leitschaufelkranz 25, der sich während der Beaufschlagung der Schaufelkränze
für den Vorwärtsgang mit der ihn umgebenden Flüssigkeit frei initdrehen konnte,
wird am letzten Ende des Hubes des 'VIitnehmerkopf; s 69 dadurch festgehalten, daß
der Mitnehmerkopf gegen den Druck einer Feder 77 eine Hülse 78 mitnimmt, die mit
dein auf dem festen Rahmen 33 geführten Kegel ; 9 fest verbunden ist, der die Kupplungshälfte
52 festhält. Beim Schalten vom Rückwärtsgang auf Leergang rückt die Feder 77 die
Kupplung 79, 52 wieder aus.
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Eine andere Ausführungsform ähnlich Abb.7, bei der der auszuschaltende
Leitschaufelkranz, dessen Abdeckungen achsial verschoben werden, aber fest angeordnet
ist, ergibt sich nach dem Vorstehenden ohne weiteres. Bei dieser Ausführung wird
der Schaufelkranz 2o zwischen den Kränzen 27 und 28 mit etwas größeren Spaltabständen
an einer die Haube i9 umfassenden Haube festgelagert, deren Befestigungshülse zwischen
den Teilen 15 =und 16 aus dem Gehäuse heraustritt und die mit dem Rahmen 33 fest
verbunden ist. Die Abdeckungen 55 und 56 sind in diesem Falle an der durchbrochenen
Haube 19 befestigt und «-erden bei der Verschiebung der Haube i9 in die beiden Spalte
zwischen den Kränzen: 27 und 2o einerseits und 20 und 28 anderseits eingeführt.
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In Abb. io ist die Gehäuseform eines Flüssigkeitsgetriebes nach der
Erfindung mit mir teilweiser Füllung des Gehäuses schematisch dargestellt. Das Gehäuse
12 ist zuin Zwecke der Vermeidung von Abdichtungen an den Welleneinführungen an
einer oder an beiden Seiten in Achsennähe so weit verbreitert, daß der einer Füllung
des ruhenden Gehäuses bis zur Linie 8o entsprechende Inhalt zur Ausfüllung des Ringinhaltes
8i bei umlaufendem Gehäuse ausreicht.